就在杨玄感在洛阳城下鏖战时，杨广正忙着从高句丽撤军。听到杨玄感叛乱的消息，他顿时感到五雷轰顶。本来这次出征比较顺利，辽东城指日可下，但没想到此时后院起了火，而领头反叛的居然是自己曾经非常倚重的杨素的儿子。
杨广密召诸将，下令秘密撤军。一夜之间，隋军全部拔营后退，留下的军资器械堆积如山。所有营垒、帐幕都留在原地，全军轻装而退。这着实把高句丽守军搞傻了，由于保密工作到位，高句丽军队不知发生了什么，城池危在旦夕，没想到隋军却主动撤走了。高句丽守军担心有诈，不敢追击，第二天才派一些人马去侦察，还是不知是真是假。两天后，发现隋军越撤越远，才知道撤军是真，派出数千人追击，但隋军早有准备，没有占到什么便宜。
杨广之所以如此慌乱，是因为杨玄感叛乱的后果太严重了。一是截断了粮草供应，几十万大军没有了后勤补给，这种仗根本无法再打下去。二是杨玄感不是一个人举事，背后代表着关陇贵族集团，不少“官二代”都投奔他，手下的重臣都已是人心惶惶，预示着统治阶级高层发生了分裂，这点是让杨广最为担心的。同时，掌握军机事务的斛斯政因为暗中放走了杨玄感的两个兄弟，担心被问罪，转而投奔了高句丽，隋军所有的作战计划和军事部署全部泄露，接着往下打困难增加了很多。
杨广在撤军路上部署对杨玄感的全面围攻，让手下将领快速回返，派虎贲郎将陈棱进攻杨玄感的根据地——黎阳。武卫将军屈突通挺近河阳，伺机渡河向洛阳进发。宇文述发兵跟进，来护儿则从另一个方面增援洛阳。
杨玄感此时还陷入了与卫文升的纠缠之中，虽然打了几个胜仗，但却无法彻底消灭隋军，双方形成了对峙局面。随着各路增援队伍的到来，杨玄感意识到再拖下去可能会成为瓮中之鳖，当务之急是消灭眼前的朝廷军队。于是，他在邙山下摆开阵势与卫文升决一死战。这一仗打得非常惨烈，虽然杨玄感很能打，“玄感骁勇多力，每战亲运长矛，身先士卒，喑呜叱咤，所当者莫不震慑，论者方之项羽”。每次作战，他亲自挥舞长矛，身先士卒，呼叫叱咤，众敌莫不震骇。时人将他比作项羽。但是，打仗不是一个人的事，还是要靠整体实力说话。此战中杨玄感的弟弟杨玄挺被流矢射死，杨玄感只好下令暂时退却。
此时形势更加恶化，樊子盖不时掀起小规模的反攻，而援军在屈突通的率领下兵临黄河。照此下去，真会像李密所预料的，陷入四面受敌的局面，杨玄感感到阵阵寒意，慌乱之中他求教于降将李子雄。李子雄的意思是屈突通与卫文升绝对不能合兵一处，因此要分兵两路，一路对付卫文升，一路抵抗屈突通。但这无异于画饼充饥，本来兵力有限，而且依然困守城中的樊子盖屡屡出击，根本无法分兵去堵河阳渡口。
屈突通非常顺利地渡过黄河，屯兵于洛阳东北。这意味着杨玄感围攻洛阳的计划彻底泡汤。此时，李子雄又出主意说：“东都援军益至，我师屡败，不可久留。不如直入关中，开永丰仓以赈贫乏，三辅可指麾而定。据有府库，东面而争天下，此亦霸王之业。”洛阳的援军到了，我军屡败，不可久留。不如直入关中，打开永丰仓，以赈济穷人，三辅平定后，再向东争夺天下，成就一番霸业。
李子雄所说的其实就是李密所提的中策，当初杨玄感不假思索地拒绝，如今却又当成一根救命稻草。
恰好此时杨玄感老家华阴的杨氏族人赶来，告知卫文升在增援洛阳的途中经过华阴时，居然将杨玄感老爸杨素的坟墓给挖了，而且还挫骨扬灰，杨氏家族损失惨重，因此请杨玄感回关中为他们做主，并表示愿意当向导。(www.xing528.com)
杨玄感就此下定西进的决心，但总要有个理由，不明不白地开溜，很容易动摇军心。这时候杨玄感又想到了李密，请他出个锦囊妙计。李密说：“元弘嗣在陇右统率一支强大的军队，如今可以假称他要造反，派遣使者来迎接您，用这个理由进入潼关，就可以瞒住大部分人。”杨玄感于是假称杨氏族人为元弘嗣派来的使者，然后宣布：“我已经攻破东都，要继续夺取关中。”于是，带着队伍从洛阳向西撤走。
宇文述率部跟在后面追击，如果此时杨玄感能够快速进入潼关，布置重兵，严防死守，或许还有一线希望。但关键时刻，杨玄感又犯下了重大错误。
在通往潼关的路上，有一座杨广的行宫，叫作弘农宫。杨玄感率领大军经过这里时，突然来了一群当地乡亲，拦住杨玄感说：“宫城空虚，又多积粟，攻之易下，进可绝敌人之食，退可割宜阳之地。”弘农宫兵力空虚，又有很多粮食，非常容易攻克，这样，进可断绝敌人的粮食，退可占据宜阳的地盘。
杨玄感一听心动了，于是便想先攻下弘农宫。李密见状赶紧劝说道：“公今诈众西入，军事贵速，况乃追兵将至，安可稽留！若前不得据关，退无所守，大众一散，何以自全？”您本来就是哄着大家向潼关撤退，这种事贵在神速，而且追兵快到了，无论如何不能逗留，如果不能赶到潼关，凭险拒守，后退又无处可守，前后被夹击，士卒一旦逃散，用什么保全自己？
李密所言极是，这个时候必须快速进入潼关，否则后果不堪设想。但杨玄感却不想让到手的鸭子飞了，拒绝了李密的建议，率部来到弘农宫。弘农太守杨智积登上城墙，对杨玄感破口大骂。杨玄感被骂急了，下令全力攻打弘农，誓要将杨智积千刀万剐，结果打了三天也没有打下来。
就这样，宝贵的三天时间被杨玄感浪费了，后果极其严重，宇文述所率的追兵已经到了眼前，杨玄感且战且走，连战连败。双方在董杜原迎来了生死决战，此时杨玄感军队里的不少人因为感到绝望而逃跑，隋军则士气旺盛。结果毫无悬念，杨玄感大败，仅带着十余人逃走。人越走越少，到最后只剩下他和弟弟杨积善，马累得跑不动了，兄弟俩只好徒步行走。
杨玄感自知败局已定，对弟弟说：“如今事情失败了，我不能被活捉受辱，你杀了我吧！”杨积善狠狠心，举刀杀了杨玄感，成全了哥哥的心愿。然后举刀自杀，但没有刺中要害，被赶来的隋军抓获。
至此，历时两个月的杨玄感之乱宣告失败！
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