李建成說：「我們內有妃嬪做內應，外有宮甲士兵做依靠，秦王雖強，恐怕也無計可施，我們不如前往上朝，探探消息如何？」
兩人騎上馬前往玄武門，到了臨湖殿，聽到高祖已經召集裴寂、蕭瑀、陳叔達、封德彝、宇文士及、竇誕等人，上朝會審，仿佛擺出六部大人會審。知道情勢不妙，立即奔回，想出玄武門，突然聽見背後有人叫道：「太子、齊王，為何不入朝？」
李元吉回頭一看，並不是別人，而是他們的冤家李世民。他們也不作答，便從袋中取出箭，接射三射，均被李世民閃過。李世民想：這兩人竟是如此沒用，如何能成大事？最後一箭，被李世民接住，李世民取出搭上箭，向李建成射去。李建成以為他是射李元吉，絲毫不防備，颼一聲，竟中箭倒撞在馬下，一命嗚呼哀哉。
李元吉不顧李建成，兩步三腳快速逃到玄武門首，當頭就遇見尉遲恭，又想往回走。恰巧李世民正追著李元吉，未防李元吉回馬撞得正著，兩人都馬下。李元吉先起，搶奪李世民的箭，尉遲恭跑過來救李世民，嚇退了李元吉，立即扶李世民到別室休憩，接著又衝出別室去追李元吉。
李元吉想武德殿，麵奏高祖，偏偏後麵弦一響，轉身一看，已經來不及了，箭入咽喉，立時暈倒。尉遲恭搶步上前，拔刀砍下他的首級，接著回到李建成的屍體旁邊，也將他的首級砍下，然後聽到玄武門外，人聲馬聲沸騰紛亂，知道外麵已發生戰事，於是攜帶兩人首級，跨上了馬，騎至玄武門前。
看見張公謹閉關拒守，便問道：「外麵情勢如何？」
張公謹說：「東宮將領馮翊、馮立，齊府將領薛萬徹等人，領著好幾千人，來攻玄武門，我故將玄武門關上，免得他們闖入。」
「長孫無忌所帶領的伏兵，曾否出擊？」
「區區百騎，怎能退敵？現在雲麾將軍敬君弘，在此宿衛，已經領兵殺出。」
「待我出兵觀戰。」
張公謹放他出門。尉遲恭一馬衝出，正值守兵敗回，敗兵報告：「敬將軍陷入敵軍之中，已經殉難。還有中郎將呂世衡，也已經戰死，東宮、齊府兩軍，轉向攻打秦王府去了。」
尉遲恭大怒，策馬繞小路前去；奔到秦王府門口，為東宮、齊府兩軍所阻止，不禁瞋目怒叱說道：「可惡！你們看看這兩個首級，究竟是何人？」
說著，即將兩個首級懸在槊上，展示兩軍麵前，並大聲說道：「我是奉詔誅殺此兩人，如果你們敢違抗上命，罪與這兩人相同，你們何苦尋死？快快解散，免受同刑！」
東宮、齊府兩軍，見血淋淋的兩顆首級，確實是李建成與李元吉，而且聽見尉遲恭說是「奉詔」二字，覺得心虛膽怯，便一哄而散。薛萬徹阻擋不住眾人，即帶領數十騎，亡命奔逃終南山。馮翊、馮立，也各自逃命。
高祖因為三子都沒有上朝，還懷疑他們是彼此互相避著見麵，便模糊帶過，匆匆下朝，留裴寂、蕭瑀、陳叔達等待命朝堂，帶著妃嬪到海池中泛舟為樂。外麵在打架，甚為熱鬧，他完全不知曉，帶著老婆遊湖，真可謂是無愁天子。
尉遲恭既已嚇退東宮、齊府兩軍，又回到玄武門向李世民報告，李世民問明事由，便說：「事到如此，我隻好入宮請罪。」
尉遲恭說：「且慢，皇上的意思還未明了，先讓敬德前去一探究竟。」
於是將兩人首級交給李世民，自己奔向朝堂，看見裴寂等人，跟他們說明原委。裴寂說：「皇上可知道此事？」
尉遲恭回答：「等我闖入宮中，跟皇上稟明，寧願枉死敬德，也毋死秦王。」
說完，即大步跑進裏麵，禁兵攔不住他，竟被他闖到宮前。有內侍出來阻止說道：「皇上正在海池泛舟……」
尉遲恭不等他說完，就立刻轉向往海池跑去。高祖等人看見岸上有一個身穿鐵甲手持鐵鍪的大將，拿著長槊，匆匆奔來，侍衛看見便叱喝說道：「來者何人？」
尉遲恭下馬放下長槊，倒拜說道：「下臣是尉遲恭。」
高祖說：「卿來做什麼？」
「秦王以太子、齊王作亂，起兵誅逆，恐怕驚動陛下，特地遣臣來宿衛。」
高祖驚訝：「卿起來，太子、齊王現在在哪裏？」
「已經斬首。」
高祖臉色大變，連侍側的妃嬪，也都玉容慘淡，不禁身體戰栗發抖。高祖命令內侍，前往召集裴寂、蕭瑀、陳叔達等人，內侍慌忙離去，過了片刻，裴寂、蕭瑀、陳叔達等人，均隨內侍來到。高祖命舟靠岸，便問裴寂等人說道：「不料今天竟然發生這種事，後事將如何處置？」
蕭瑀、陳叔達齊聲道：「太子、齊王，自高祖起義以來，屢次設計謀害秦王。反觀他們，一人立為王儲，另一人封為王爵，卻不曾聽說他們有什麼功績，雖然是骨肉離間，禍及蕭牆。但秦王功蓋天下，內外歸心，為陛下著想，正當趁著這次事變，立秦王為太子，委以軍國重務。陛下便可垂拱而治。」
「玄武門之變」的三天後，唐高祖李淵便冊立秦王李世民為太子，李世民逼高祖交出軍權，又誅滅李建成、李元吉之後裔，斬草除根。再過二個月，是年八月，世民逼使李淵退居太上皇，而他則在顯德殿即帝位，即曆史上的唐太宗，次年改元貞觀。
李世民雖然建立盛唐及「貞觀之治」，使大唐版圖擴增，人民生活安定，文治武功鼎盛，西域各國稱李世民為「天可汗」，但是他殺兄、屠弟、逼父的篡權行為，不僅在他的人生，也在曆史上留下了一個汙點，為文人所詬病。