十壹月攻拔長安,在關中站穩了腳跟。李淵入長安後,立煬帝孫代王侑為天子(恭帝),改元義寧,遙尊煬帝為太上皇;又以楊侑名義自加假黃鉞、使持節、大都督內外諸軍事、尚書令、大丞相,進封唐王,綜理萬機。次年(618)五月,李淵稱帝,改國號唐,定都長安。不久唐統壹了全國。李淵在位時期,依據隋文帝舊制,重新建立中央及地方行政制度,又修定律令格式,頒布均田制及租庸調制,重建府兵制,為唐代的職官、刑律、兵制、土地及課役等制度奠定了基礎。武德年間,統治集團內部充滿了復雜的鬥爭。裴寂和劉文靜都是太原起兵時的佐命元從,裴寂深得唐高祖的寵信;劉文靜為秦王世民的心腹,自以才略功勛居裴寂之右而位居其下,意甚不平。李淵借故殺了劉文靜。秦王世民自認為在唐王朝建立的過程中,他的功業超過太子李建成,但因是次子無法繼承皇位;太子建成亦深知世民是自己皇儲的地位的重大威脅。於是,雙方展開了劇烈的爭奪皇位繼承權的鬥爭。在這場政爭中,李淵則經常站在建成壹邊。太子的心腹楊文斡受命召募壯士送長安,以供李建成發動政變時使用。
武德七年(624),有人向李淵揭穿這件事,李淵盛怒之下產生了廢李建成、改立李世民為太子的念頭,但查出是李世民派手下為奪太子之位而精心設計的壹個陰謀,所以並未實現。武德九年六月初四爆發了玄武門之變。在這次政變中,李世民殺李建成和李元吉,逼李淵立己為太子。不久,李淵退位為太上皇,李世民即位,即唐太宗。李淵在度過壹段閑散失意生活後,死於太安宮。廟號高祖。葬於獻陵。