入八月，沈叔安将粮食运来，天公亦作美，雾霭渐散，云彩消退，日光洒下。

李渊命将士晒晾铠甲，整饬军械，绕行山脚，避开泥泞之路，抵达霍邑城下。

宋老生始终坚守城门，不肯出城应战。李建成、李世民兄弟二人带领数十骑精锐骑兵来到城下，挥鞭指挥义军前军，佯作要围城之势，并命军士辱骂宋老生。宋老生愤怒不已，实在难以忍受，遂率领三万大军出城迎敌。

李渊率领数百骑精兵迅速赶到，见宋老生出城列阵，便命殷开山催促后军急速增援。大军很快抵达战场，李渊本打算让将士们先稍作进食再展开决战。

李世民却谏言道：“敌军已然出城，我等当立即发起进攻，先将其消灭再进食不迟！”

于是，李渊与李建成在城东布阵，李世民则在城南列阵，引诱城内隋军从东门冲出。

李渊与李建成率部迎头截击，隋军亦十分勇猛，蜂拥而上，一度将李渊的大军逼退数丈。

此时，柴绍率精兵千余冲入阵中，指挥将士奋力反扑，义军方才勉强稳住阵脚。

宋老生再度率兵从南门杀出，直扑城东，企图夹击李渊大军。此刻，李世民正在南边待战，见此情形，他连忙与军头段雄自高处冲下，直击宋老生后方，宋老生无奈，只得回马与李世民交战。

段雄，字志玄，出生于武威郡姑臧县，随父亲客居太原，少年时以勇敢着称，是唐朝时期的着名将领，位列凌烟阁二十四功臣第十位。段志玄参与了晋阳起兵，隶属于秦王李世民部下，后曾擒获屈突通，平定王世充，任秦王府右二护军。他参与了玄武门之变，拥戴李世民即位，升任左骁卫大将军，封樊国公。段志玄晚年担任西海道行军总管，征讨吐谷浑。贞观十六年（642年），段志玄病逝，享年四十五岁，被追赠辅国大将军、扬州都督，谥号忠壮，段志玄深受李世民的信任和重用，段志玄以其勇猛和忠诚着称，李世民曾称赞他超过周亚夫（西汉时期的着名将军），是真正的将军。

此刻，李世民手握两把大刀，奋勇当先，左砍右劈，一连击杀数十人，身上血迹斑斑，双刀皆卷刃，旋即换刀继续杀敌。段志玄等人紧随其后，奋力搏杀，以一当十，以十当百，使得隋军溃散奔逃，人仰马翻。

李世民令士兵高呼：“宋老生已被擒获！隋军速速投降！”

此时，城东的隋军正在与李渊的大军混战，胜负未分。忽闻主将宋老生被擒，隋兵慌忙向城中退兵。

李渊乘势率义军紧逼猛杀，隋兵很快退回城中，紧闭城门，唯余宋老生一支孤军进退维谷。欲退南门时，却遭到李世民拦截，欲退东门，又被李渊与李建成挡住。两路义军向宋老生围拢，宋老生自忖大势已去，下马欲投水自尽，这时，刘弘基策马而至，挥刀将宋老生斩为两段。宋老生的部众也皆命丧黄泉，尸体绵延数里。

宋老生虽然在军事上有一定的才能，但在战略决策上存在缺陷，最终导致了他的失败和死亡。他的故事在《兴唐传》等文学作品中被广泛传播，成为隋末唐初历史的一部分。宋老生在历史上被视为隋朝末年一位较为顽强的抵抗者，他的坚守和勇敢作战体现了古代军官的职业操守和战斗精神。

李渊命将士速速进食，餐毕继续攻城。此时天色渐暗，众人齐心协力，攻入城中。随即，李渊下令投降者免死，城中兵吏尽数投降。

李渊命人张贴安民榜文，接见昔日官吏，去留与否听其自便。已投降的军兵，若愿回关中，李渊皆授予五品散官，登记在册后当日即可遣返。五品散官制度类似于当今自主择业的转业军官，退役回乡后，不再安排工作，但可以继续领取工资俸禄。

裴寂等人认为如此授官过于草率。李渊笑道：“隋主吝啬封赏，以致人心尽失，我岂能效仿于他？”

李渊在攻克霍邑后，