王世充星夜兼程，赶到洛阳。洛阳守军满心欢喜，顿时觉得有了主心骨。李密趁王世充立足未稳，抢先发起进攻。王世充的兵马虽然没有瓦岗军人多，但都是精兵强将，武器装备也好，尤其是王世充亲自统领的二万江淮劲旅，是他一手训练出来的，战斗力极强，足可以以一敌十。结果一场混战下来，瓦岗军大败，死伤惨重，李密也受了箭伤。
没等瓦岗军喘过气来，王世充又率军偷袭李密营寨。瓦岗军没有防备，自然又是大败，士兵们四散逃命，回洛仓也丢了。看来，王世充的军队不怕疲劳，善于连续作战。李密吃了苦头，再也不敢轻视王世充了。
李密收拢起部队，放弃了回洛仓，退守到洛口仓一带安营。王世充却步步紧逼，在洛口仓的西面扎下营盘，与瓦岗军对峙，王世充是想彻底消灭瓦岗军。
这样，两军在这一带对峙三个多月，大小战斗打了六十多次，互有胜负。不过，王世充的兵少，经不起消耗，又得不到补充，而李密则不断调动各山头的人马前来参战，瓦岗军越聚越多，形势对王世充日渐不利。
王世充当然也意识到了危机，他见不能吃掉瓦岗军，便想把部队撤回城去，凭坚据守。李密等的就是这个机会，见隋军移动，一声号令，千军万马骤出，蜂拥而上，与隋军展开混战。王世充军队虽然精锐，但敌不过瓦岗军人多，结果死伤累累，手下十几名将领阵亡。王世充带领残兵败将，狼狈地逃回城中。
李密乘胜进军，抵达洛阳城下，将洛阳城团团包围起来。瓦岗军有三十万之众，人喊马叫，旌旗招展，声势浩大。这个时候，李密的威名达到极盛，东到海滨，南到江淮，各郡县都派出使者，请求归附李密。洛阳城中的朝廷官员，也不断有人偷偷溜出城来，向李密投降。
各路起义军首领们，纷纷写信或派使者前来，劝李密早登帝位，其中包括著名的起义军首领窦建德、孟海公、杨士林等人。李密称帝的美梦，似乎马上就要实现了。李密得意洋洋地对众人说：“洛阳不破，不议此事。我要在洛阳城里，风风光光地登基当皇帝”。
李密下令，猛攻洛阳城，顿时，千军万马涌到洛阳城下。可是，洛阳的城墙高大坚固，城中粮食箭矢充足，守城将士也不少。王世充指挥将士们，轮班守护城墙，不停地向下射箭，瓦岗军根本不能靠近。使用架云梯、挖地道、火攻等办法，也不能奏效，洛阳城就像铜墙铁壁一般。看来，当年隋炀帝修建洛阳城，没有白下功夫。
李密用尽了各种办法，连续攻城多日，洛阳城始终屹立不倒。李密心中焦急，瓦岗军将士也疲惫和松懈了，形成了胶着状态。有人给李密提建议，说洛阳是四战之地，无险可守，不利于霸业，而关中披山带河，地势险峻，进可攻，退可守，是成就大业的理想之处，建议李密亲自率领精锐之师，向西进军，攻取大兴城，占领关中地区，而让其他将领继续围攻洛阳。
这是一条很好的建议。李密沉思了一会，说：“你的建议不错，我也曾经考虑过多次，但施行起来难度很大。一是我军将士都是关东人，不愿意抛家舍业到西边去，打洛阳可以凝聚军心，又打了这么长时间，如果西行，恐怕会动摇军心，造成人心涣散。二是我军组织结构松散，各山头独立建制，首领们多是强盗出身，互不服气，我在这里，尚能服众，如果我离开，恐怕就会四分五裂了。”
李密这两个顾虑，有一定的道理，但并不是不能解决。李密也知道关中地区的重要性，当年刘邦就是占据了关中，才得到天下的。于是，李密派了一名将领率部分兵力，去攻占关中，但没有成功。
李密之所以不肯放弃洛阳，自己亲自去打关中，主要是不甘心，攻打洛阳这么久，打不下来，反而率军离去，多没面子啊！何况，他还想在洛阳城里风风光光地当皇帝呢。
李密的打算是，先打下洛阳，再去占领关中不迟。可是，他没有想到，正在他犹豫不决的时候，在太原起兵的李渊，却丝毫没有犹豫，马上挥师南下，迅速攻占了关中地区，为成就帝业奠定了基础。李密悔之晚矣！