双方相持六十多天，薛仁杲的军队粮食吃完了，将领粱胡郎等人率领各自的队伍投降李世民，李世民了解到薛仁杲手下的将领士卒有离异之心，命令行军总管梁实在浅水原扎营引诱薛仁杲部下。宗罗睺知道后非常高兴，出动全部精锐进攻梁实，梁实守住险要不出战，营地中没有水源，好几天人马没有水喝，宗罗睺的攻击很猛烈。李世民估计薛仁杲军已经疲劳，对诸位将领说可以攻打了。

快到天亮，李世民让右武侯大将军庞玉在浅水原列阵，宗罗睺合兵攻庞玉，庞玉作战，几乎不能坚持了，李世民带领大军出其不意从浅水原北方出现，宗罗睺带军迎战。李世民率领几十名骁骑率先冲入敌阵，唐军内外奋力搏斗，喊声动地，宗罗睺的部队大败，唐军杀了几千人。李世民率领二千多骑兵追击宗罗睺，窦轨拉住马苦苦地劝道：“薛仁杲还占据着坚固的城池，我们虽然打败了宗罗睺，但不能轻易冒进，我请求暂且按兵不动，观察一下薛仁杲的动静。”李世民说：“我考虑这个问题很久了，现在我军取胜势如破竹，机不可失，舅舅不要再说了！”于是进军。

薛仁杲在泾川城下列阵，李世民依泾河面对薛仁杲营地，薛仁杲手下的骁将浑干等人到唐军阵前投降。薛仁杲害怕，带兵进城拒守，天快黑时，唐朝大军相继到达，于是包围了城池。半夜，守城的人纷纷下城投降，薛仁杲无计可施，率领文武百官出城投降，唐朝得薛仁杲的一万多名精兵，民众五万人。李世民把薛仁杲押解到长安，在长安城的闹市将薛仁杲等数十人斩首。