为了取得突厥进一步的扶持，刘武周将俘获的隋汾阳宫宫女献给突厥，突厥始毕可汗以战马赠与他。刘武周于是兵威益振，攻陷定襄，又回军马邑。突厥为了扶植地方割据势力，册封刘武周为“定杨可汗”，送他“狼头纛”。
而有着突厥人的支持下，刘武周向李唐当时在山西的势力范围起攻势，但是最终落得个兵败奔逃突厥的下场：
公元619年十一月，唐高祖命秦王李世民率军征讨刘武周，屯于柏壁，两军相持很久。高祖又命永安王孝基、陕州总管于筠、工部尚书独孤怀恩、内史侍郎唐俭进取夏县，也不能取胜，囤军于城南。后又被刘武周崇茂与尉迟敬德部袭破孝基营，各路兵马都已陷没。敬德回军浍州，李世民于他约战于美良川，将其击败。尉迟敬德和寻相又在蒲州救援王行本，又被李世民击败。而武周在浩州进攻李仲文，也每战皆败，士气大跌。
李世民又在雀鼠谷击败宋金刚，斩杀俘掳数万人，获辎重千余辆。一直将宋金刚逼得轻骑遁走。其骁将尉迟敬德、寻相、张万岁收其精兵，举介州及永安投降了李世民。
武周于是甚为恐惧，率五百骑弃并州向北逃窜，自乾烛谷逃亡突厥。而宋金刚却还想收拢他溃散的军马来抵抗官军，最终因无人响应，只得带百余骑也逃往突厥。李世民又进军并州，尽收故地。后宋金刚背弃突厥想要逃回上谷，被追赶的骑兵擒获，而被腰斩。
公元62o年，武周因想要图谋逃回马邑，事情泄露，被突厥杀死。
而事实上，后世有一种对于刘武周的死的说法，那就是哪怕是从一开始，无论是义成公主亦或是突厥，都只不过是将刘武周等人视为进攻叛逆李唐的棋子而已。
而一旦这一枚棋子失去它的作用，那么等待着这些棋子的则是相当惨淡的下场。