在有效控制河东、关中和巴蜀后，唐朝将战略重心转向中原；盘踞洛阳的王世充集团与占据河北的窦建德势力，成为统一进程中最主要的阻力。史料显示，王世充在位时横征暴敛，民心迅速离散，部将降唐的情况不断发生；窦建德虽号称拥兵十万，却长期持观望态度。两大势力之间的矛盾与掣肘，为唐军创造了可乘之机。军事研究认为，李世民在洛阳战役中体现出高水平的指挥能力。唐军初期强攻受挫后，迅速调整为围困战，切断粮道，使洛阳陷入极端困境，史载甚至出现“人相食”。窦建德被迫南下救援时，李世民抓住关键窗口，以3500名精锐骑兵在虎牢关施以佯动与诱敌，借助关隘地形优势，击溃兵力数倍于己的夏军，并生擒窦建德。此胜利直接动摇王世充的抵抗意志，为洛阳局势的逆转奠定基础。史料记载认为，此役影响深远：其一，唐朝实际控制范围大幅扩展，获得重要粮仓与兵源地；其二，李世民借此深入树立军中威望，“玄甲军”声名确立，成为唐初重要战力；其三，战役中收编的将领如秦琼、程咬金等，后来多成为凌烟阁功臣。
虎牢关之战不仅是一场关键胜利，也集中展现了战略判断与战术运用的力量。李世民凭借对局势的准确判断、对战法的及时调整以及果断执行，以较小代价换取了显著的战略收益。此役也说明，决定胜负的往往不只是兵力多寡，更在于对大势的把握和对时机的果断出手。随着虎牢关战火平息，中原统一进入新阶段，为唐朝最终完成统一奠定了基础。