李世民大胜而归，唐高宗因其平定天下功劳最高，于十月加封秦王李世民为天策上将，领司徒、陕东道大行台，位在王公之上，又增食邑二万户，通前三万户，赐金辂一乘，衮冕之服，玉壁一双，黄金六十斤，前后部鼓吹及九部之乐，班列四十人。

不久，由于河北窦建德的旧将刘黑闼举兵造反，李世民又不得不奉命东征。

自农历五月窦建德、王世充被俘，河南、河北、山东原郑、夏政权所属州县官吏纷纷降唐，关东地区基本上得以平定。然而，唐王朝在关东地区的地方官由于追索窦建德旧部诸将所藏匿的府库财物，对当事人“采取高压政策”,致使“建德故将皆惊惧不安”。刘黑闼因势纠集窦建德旧部造反。刘黑闼作战勇敢果断，举兵后各地纷纷响应，势力发展很快，接连击败淮南王李神通和李世劫等唐军名将的征讨，俘虏唐将薛万均、李玄通等人，唐将秦武通、洺州刺史陈君宾等人战败后逃回长安。仅五个多月的时间，刘黑闼的义军便收复了窦建德政权所属的故地，仍然以洺州为都城。这使唐王朝大为震惊，李世民“又自请统兵讨之”。

武德四年十二月丁卯日，唐高祖命秦王李世民、齐王李元吉统率大军征讨刘黑闼。

武德五年(622)正月，刘黑闼自称汉东王，改元天造，定都相州。以范愿为左仆射、董康买为兵部尚书，高雅贤为右领军，征王琮为中书令，刘斌为中书侍郎，窦建德时期文武官员悉复本位。其设法行政，全部效法窦建德，而攻战勇决尤有过之。

正月，刘黑闼放弃相州退保洺州，李世民进军肥乡。幽州总管罗艺率所部数万人马与李世民会合，刘黑闼遽还，唐军大败刘黑闼弟刘十善的军队，俘斩八千人二月，刘黑闼引兵还攻洺水，被唐将秦叔宝大败。唐将王君廓驻守洺水，该城“四旁皆有水，广五十余步”。刘黑闼攻沼水甚急，于城东北筑二甬道以攻之。李世民三次引兵救援，都被刘黑闼抵拒，不得前进。李世民担心王君廓坚守不住，召诸将谋划。李世劫说：“若甬道达城下，城必不守。”行军总管罗士信请求代替王君廓守城。世民登上城南高冢，用旗帜招王君廓，王君廓率部力战，冲围而出。罗士信率二百人乘势入城，替代王君廓固守洺水。刘黑闼昼夜攻城不止，恰逢天降大雨，唐朝救兵无法前往。前后八日，洺水被攻陷，罗士信被俘，不屈被杀，时年二十岁。

辛巳日，李世民攻克沼水。三月，李世民与罗艺于洺水之南安营，刘黑闼多次挑战，李世民坚壁不出，另派兵断绝刘黑闼的粮道。李世民与刘黑闼在沼水附近相持两个多月，双方各有小的胜负。刘黑闼夜袭李世劫兵营，李世民引兵救援，被刘黑闼所包围。危急之时，尉迟敬德率壮士突围而入，将李世民救出重围。李世民估计刘黑闼粮尽，必定前来决战，便事先在洺水上游截断水流，准备水淹敌军。刘黑闼率骑步兵二万南渡洺水，与唐军展开殊死决战。刘黑闼见势不能支，便事先逃走，而他的部下尚不知道，仍在搏斗。唐军决堤放水，河水大至，深丈余，唐军斩首万余人，溺死数千人。

刘黑闼与范愿等二百骑兵逃奔突厥，其势力遭受到严重打击。

七月，李世民率大军讨伐徐圆朗。徐圆朗是兖州人，隋末起义，有兵二万，后归附李密，李密失败后又归附王世充，王世充被俘后被唐任命为兖州总管，刘黑闼起义后，他自称鲁王，被任命为大行台元帅，兖、郓、陈、杞、伊、洛、曹、戴等八州为其属地。刘刘黑闼兵败逃走后，唐军进兵曹州。不久，李世民使令淮安王李神通、行军总管任壤、李世劫继续进攻徐圆朗，自己则班师回长安。