李渊命秦王李世民领军征讨刘武周，李世民屯兵于柏壁，与宋金刚相持不下。此时，平阳公主见战事陷入僵局，第三次请缨，李渊终于应允，下诏以平阳公主为并州道行军总管，西河公张纶为副总管，征召关中的娘子军旧部驰援河东。不久之后，平阳公主在浩州城南击破刘武周军，斩首数千，并抢占数堡进『逼』汾水，严重威胁刘武周后方，使其不敢轻易分兵增援宋金刚，因而极大缓解了秦王李世民的压力。
武德三年春，刘武周派遣大将张万岁领兵进犯浩州，平阳公主与李仲文、张纶在汾水西岸全歼来敌，张万岁亦被平阳公主一槊枭首。此后，平阳公主坐镇浩州，李仲文、张纶进攻石州，依附于刘武周的石州胡帅刘季真竟望风而降。至三月底，平阳公主麾下各部已数次击败刘武周军，斩俘数万，以致于刘武周再也无力攻打浩州，而后平阳公主与李仲文、张纶率军主动出击，一举切断了刘武周用来支援宋金刚的粮道，使得宋金刚彻底陷入了孤立无援的境地。
武德三年四月，宋金刚粮绝，不得不退兵，李世民趁势追击，在雀鼠谷将宋金刚杀得大败。与此同时，平阳公主命浩州行军总管樊伯通截断宋金刚残部北上归路，迫使其与李世民在介休决战，然后率娘子军并集结李仲文、张纶所部兵马一起向北进军，连克数十堡，不数日便与刘武周相持于并州城外。恰在此时，宋金刚兵败的消息刚好传来，刘武周军心动摇，而唐军则士气大盛，平阳公主立刻率军发起总攻，刘武周兵败如山倒，几乎全军覆没，最后仅余五百骑跟随刘武周逃亡突厥。
志文中对于平阳公主在大唐攻伐刘武周这一期间的表现评价极高，大意即是平阳公主才华四溢，智计百出，通过一系列的胜利逐渐扭转了整个河东战局，并且还是协同秦王李世民平定刘武周的主要功臣。
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