十一日，王世充到达偃师，在通济渠南设营。李密留下王伯当防守金墉城，亲率精兵进发偃师，屯驻北邙山（河南洛阳北）。
李密召开战前会议，裴仁基发表意见：“王世充尽出主力，洛阳势必空虚，我们可分兵扼守要点，阻其东归；另出三万精兵进逼东都。王世充还军，我们按兵不动；出战，我们再次进逼。如此以来，我军逸以待劳，对方疲于奔命，一定可以击败他。”
李密点头道：“将军说得对。现在东都兵有三不可挡：其一，兵甲精锐不可挡；其二，深入我方不可挡；其三，求战心切不可挡。我只需要登城固守，蓄力等待。他求战不得，想走无路，不出十日，首级就可送来。”
裴仁基久经沙场、见多识广，李密思路清晰、视野敏锐，这两人基本是一个频道的，如果能够照此意见实施，取胜的机率很大。
陈智略、樊文超、单雄信等将领也相继表态，他们都认为王世充现在兵力薄弱，且屡次战败，已经吓破了胆。况且新近归附的江、淮骁果，也希望凭借此战来展现功绩。
于是众将围绕战与不战争执不休，最终求战派占了多数。李密被这些人意见所惑，决定听从求战派意见。裴仁基坚决反对，却无法改变李密决定，只得捶胸顿足地对李密说：“您将来一定会后悔！”
两军开战！
程知节与李密同驻北邙山（河南洛阳北），单雄信屯驻偃师（河南洛阳偃师区）北侧。王世充派数百骑兵渡过通济渠攻打单雄信大营，李密安排裴仁俨、程知节前往增援。
裴行俨抢在最前面，不慎身中流矢，坠落马下。程知节挥马连杀数人赶来抢救，抱起裴行俨疾驰而还。后面骑兵追上，挺起马槊刺击程知节后心，程知节扭身夹住槊头，用力折断槊杆，挥刀砍翻了追兵，护着裴行俨安全返回。
战至日暮，双方鸣金收兵，李密惨胜，瓦岗骁将孙长乐等十余人身负重伤。
李密自打与王世充交战来，基本上没败过，早有了轻视王世充之心。两军对垒决战，他竟不按规定在营帐外挖沟树栅，构筑必要的防御设施。
夜晚，王世充派二百余名骑兵潜入北邙山（河南洛阳北），埋伏在山谷中待机。
第二天一早，王世充做战前动员：“今天这一战，既分胜负，更决生死。如果胜了，富贵荣华任尔拿取；倘若失败，势必无人幸免。我们所要争取的，是保全性命，并非只是为了国家。各位，好自为之！”
言毕，率军直冲李密大营。李密迎战，阵形尚未摆布好，王世充就已杀奔过来。
王世充提前找到一个与李密长得很像的士卒，把他绑起藏在后军。双方作战最为激烈时，假李密被人推到阵前，王世充部众大声鼓噪：“已经抓获李密啦！”接着高呼万岁！
趁瓦岗军蒙圈之际，提前埋伏在北邙山的百余骑兵从高处俯冲而下，驰奔李密大营，纵火焚烧，火焰冲天而起。
从没打过败仗的瓦岗军被这一连串打击所慑，士气动荡、人心不宁，而王世充他们却像打了鸡血般的疯狂输出，不多时瓦岗军全面崩溃四散而逃。
将领张童仁、张智略投降，李密率万余残部退向洛口城（郑州巩义县河洛镇）。
王世充连夜包围偃师，瓦岗守将郑颋降。瓦岗将领裴仁基、祖君彦等数十人也在偃师，均被王世充所获。
稍作调整，王世充乘胜追击，攻向洛口城。
洛口城守将邴元真是翟让的人，李密当了大元帅，翟让把他推荐给李密，李密不得已让他当了幕僚，却从未让他参与过作战谋划。李密与王世充交战，让他留守洛口城。
邴元真为人贪婪卑鄙，有人曾对李密说“不杀邴元真，定有后患”，李密没同意。邴元真知道了，一直在寻找机会反叛。这次李密战败奔向洛口城，还没进城，邴元真已悄悄派人接应王世充。
李密得知消息隐忍不发，想要将计就计，趁王世充半渡洛水时突然袭击。谁知派出的斥候不给力，王世充大军已经渡过洛水，他们竟然仍未发觉。李密无法，只得率麾下逃向虎牢关（河南荥阳西北汜水镇），邴元真随即投降。
洛口城是李密的重要据点之一，瓦岗将领的父兄子女基本都在这里，这下尽入王世充之手。
当初单雄信骁勇敏捷，善使马槊，声名威震瓦岗群雄，号称“飞将”。房彦藻却认为他没骨气，容易背叛，劝李密将他除掉。李密爱惜他的才华，没忍心下手。
这次王世充进攻李密的北邙山大营，他却勒令部众不许救援，待到李密溃败，率众归降了王世充。
李密逃到虎牢关，王世充仍然紧追不舍。李密本想继续向北投奔据守黎阳（河南浚县）的徐世积，有人说：“当初杀翟让时，徐世积身中一刀险些丧命，现在我们失利了去投靠他，不太保险啊！”
恰好瓦岗将领王伯当弃守金墉城（洛阳老城西北角），占据了河阳（河南孟州西），李密便率众进入河阳。
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