续指挥作战，只得退回后方休养调理。
军中无主，行军长史刘文静、司马殷开山等人临时接替指挥大权，二人却被唐军此前的胜利冲昏头脑，自恃兵力远超西秦军，全然不顾李世民临行前的叮嘱，骄傲轻敌、放松戒备，安营扎寨时不设防御工事，给了薛举可乘之机。薛举抓住唐军破绽，出奇兵突袭，在高墌（今陕西长武西北）与唐军展开决战，唐军猝不及防、全线溃败，士兵死伤大半，多名大将被俘，这场惨败让关中地区人心惶惶，长安城内震动不已，李唐政权遭遇开国以来首次重大军事挫折。
同年八月，薛举借着高墌大捷的威势，趁热打铁，派其子薛仁杲率军围攻宁州，想要进一步扩大战果，直逼关中。好在宁州刺史胡演率全城军民奋力抵抗，死守城池，最终成功击退薛仁杲的大军，稳住了关中西北的防线。仿佛是天意眷顾李唐，就在薛举准备再次大举进犯关中之际，他突然暴病而亡，其子薛仁杲仓促承袭帝位。薛仁杲虽勇猛善战，但为人残暴，不得军心，西秦政权内部瞬间陷入动荡，局势发生逆转。
李渊敏锐抓住这一千载难逢的战机，迅速布局：一方面派出使者，与盘踞在凉州（今甘肃武威）的李轨政权修好，稳住西北侧翼，解除唐军腹背受敌的后顾之忧；另一方面再次任命李世民为西征大元帅，统领全军精锐，抗击薛仁杲。同年十一月，李世民率军抵达前线，深知西秦军士气正盛、战力犹存，他果断采取坚壁疲敌之策，坚守营垒、拒不出战，任由薛仁杲百般挑衅，始终按兵不动。
双方对峙数月，西秦军粮草逐渐耗尽，士兵久攻不下、士气低迷，人心涣散，内部逃兵不断。李世民见时机成熟，当即下令全线出击，亲率主力猛攻薛仁杲大军，唐军将士积蓄已久，个个奋勇杀敌，西秦军毫无还手之力，全线崩溃。最终，薛仁杲走投无路，被迫开城投降，李世民将其押解回长安，李渊下令将薛仁杲斩首示众。至此，困扰李唐的西秦政权彻底覆灭，陇西广袤地区尽数归入大唐版图，唐朝西北边境得以安稳，关中西侧再无强敌威胁。
解决西秦之后，盘踞凉州、割据河西走廊的李轨政权，便成了李唐的肘腋之患。河西走廊是中原通往西域的咽喉要道，地理位置至关重要，李轨占据此地，如同卡在李唐西北门户的一根刺。但李轨自立为帝后，政权内部矛盾极速激化，君臣互相猜忌、自相残杀，赏罚毫无章法，肆意压榨百姓，导致民心尽失、众叛亲离，势力一天天走向衰微。
李渊本想兵不血刃收复河西，便利用李轨部将安兴贵与李轨的
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