庚申日，李世民率领长孙无忌等人入宫，在玄武门埋伏士兵。张婕妤暗中得知李世民的奏表内容，派人火速告知李建成。李建成召见李元吉商议，李元吉说：“应当率领东宫和齐府的军队，称病不上朝，以观察形势。”李建成说：“军队防备已经严密，我应当与弟弟入朝，亲自打听消息。”于是二人一同入宫，直奔玄武门。高祖当时已经召见了裴寂、萧瑀、陈叔达等人，准备审问此事。
李建成、李元吉到达临湖殿，察觉有变，立刻调转马头向东返回东宫和齐府。李世民跟在后面呼喊他们，李元吉拉开弓箭射李世民，多次都没有拉满弓，李世民射死了李建成。尉迟敬德率领七十名骑兵随后赶到，身边的人射死李元吉，李元吉坠马。李世民的马受惊跑到树林里，被树枝挂住，坠马后无法起身。李元吉迅速赶到，夺过弓箭想要扼死李世民，尉迟敬德跃马呵斥他。李元吉步行想要逃往武德殿，尉迟敬德追上去射死了他。翊卫车骑将军冯翊人冯立听说李建成死了，叹息说：“怎么能活着接受他的恩德，死了却逃避他的危难呢！”于是与副护军薛万彻、屈咥直府左车骑万年人谢叔方率领东宫、齐府的精锐士兵两千人，疾驰前往玄武门。张公谨力气很大，独自关闭宫门抵御他们，使他们无法进入。云麾将军敬君弘掌管后宫宿卫，驻扎在玄武门，挺身而出参战，他的亲信阻止他说：“事情还不可知，暂且慢慢观察变化，等军队集结完毕，列阵作战也不晚。”敬君弘不听，与中郎将吕世衡大声呼喊着冲上去，都战死了。敬君弘是敬显俊的曾孙。守门的士兵与薛万彻等人奋力交战了很久，薛万彻鼓噪着想要攻打秦府，秦府将士大为恐惧；尉迟敬德手持李建成、李元吉的首级展示给他们看，东宫和齐府的士兵于是溃散，薛万彻与数十名骑兵逃入终南山。冯立杀死敬君弘后，对他的部下说：“这也足以稍微报答太子了！”于是解散军队，逃到荒野中。
高祖正在海池泛舟，李世民派尉迟敬德入宫宿卫，尉迟敬德身披铠甲、手持长矛，径直来到高祖面前。高祖大惊，问道：“今天作乱的是谁？你到这里来做什么？”尉迟敬德回答说：“秦王因为太子、齐王作乱，起兵诛杀了他们，担心惊动陛下，派我前来宿卫。”高祖对裴寂等人说：“没想到今天会发生这样的事，该怎么办呢？”萧瑀、陈叔达说：“李建成、李元吉本来就没有参与反隋的谋划，又对天下没有功劳，嫉妒秦王功高望重，共同策划奸邪之事。如今秦王已经讨伐并诛杀了他们，秦王的功劳盖过宇宙，天下人都归顺他，陛下如果立他为太子，把国家大事托付给他，就不会再发生变故了。”高祖说：“好！这也是我一直以来的心愿。”当时宿卫军队及秦府士兵与东宫、齐府的残余势力还在交战，尉迟敬德请求高祖下达亲笔敕令，命令各路军队都接受秦王的调度，高祖同意了。天策府司马宇文士及从东上阁门出来宣读敕令，众人这才安定下来。高祖又派黄门侍郎裴矩前往东宫晓谕各位将士，将士们都解散了。高祖于是召见李世民，抚摸着他的背说：“近来我几乎因为听信谗言而产生了像曾参母亲那样的疑虑。”李世民跪下吮吸高祖的乳头，放声痛哭了很久。
李建成的儿子安陆王李承道、河东王李承德、武安王李承训、汝南王李承明、钜鹿王李承义，李元吉的儿子梁郡王李承业、渔阳王李承鸾、普安王李承奖、江夏王李承裕、义阳王李承度，都被处死，并且被削除宗族户籍。
起初，李建成答应李元吉在自己即位后，立他为皇太弟，所以李元吉为他效死力。各位将领想要把李建成、李元吉的左右亲信一百多人全部诛杀，抄没他们的家产，尉迟敬德坚决反对说：“罪责只在李建成、李元吉二人，他们已经伏法；如果牵连他们的党羽，不是求得安定的办法。”于是作罢。当天，朝廷下诏大赦天下。作乱的罪责，只追究李建成、李元吉，其余党羽，一概不问。僧尼、道士、女冠都恢复原样。国家的各项事务，都由秦王处理。
辛酉日，冯立、谢叔方都主动出来投案；薛万彻逃亡隐匿，李世民多次派人晓谕他，他才出来。李世民说：“这些人都是忠于自己所侍奉的人，是义士。”于是赦免了他们。
癸亥日，立李世民为皇太子。又下诏：“从今往后，军队和国家的各项事务，无论大小，都交给太子决断，然后再上奏给我。”
臣司马光说：立嫡长子为太子，是礼的正道。然而高祖之所以能拥有天下，都是太宗的功劳；隐太子李建成因为平庸低劣而位居太宗之上，地位相近、势力相逼，必然互不相容。如果高祖有周文王的英明，隐太子有泰伯的贤德，太宗有子臧的节操，那么祸乱怎么会发生呢！既然不能这样，太宗起初想要等李建成先发动，然后再回应，这样的话，事情出于不得已，还算是较好的做法。后来被群臣逼迫