卻猶豫了。銘水是切斷敵人糧道的戰略要地，現在棄城，將來必定還要重新奪回來，況且，隻要守住幾天就可以了啊！於是他召集眾將商議，大家都認為銘水一定守不住，勸他下決心放棄，李世民很不甘心，就問，難道真的沒人能守嗎？這一問，把大將羅士信年輕好勝的心給打動了，他立刻站出來說，我來守（原文：願以守），李世民非常高興，就派人在銘水城外的高坡上用旗語命令王junkuo突圍，趁著王junkuo殺出包圍的時候，羅士信帶200名精兵衝進銘水。
主力部隊北上了。二月十七日，李世民大軍攻克邢州，就在這一天，敵人的甬道也建成了，開始向銘水發起猛攻，羅士信的抵抗異常頑強，銘水始終沒有陷落。二十四日，李世民與羅藝勝利會師，大軍立刻掉頭南下，這時，羅士信堅守銘水已經整整八天了，隻要再堅持一、兩天，大軍的增援部隊就趕到了。
然而就在這時，意外發生了，銘州地區突然天降大雪，南下大軍行動受阻。這場大雪對羅士信和守城的部隊來說更是致命的打擊。從城上向下看，白茫茫的雪地特別刺眼，一會兒就眼花繚亂，什麼都看不清了。所以，當二十五日敵軍再次攻城時，守城將士的弓箭、巨石很快就喪失了準確性，抵擋不住了，敵軍終於越過城牆，殺進銘水城。羅士信仍然帶領將士奮力抵抗，由於大雪的遮蓋，看不清道路的狀況，羅士信的戰馬踏進了淤泥中，結果被劉黑闥軍俘獲。劉黑闥當然知道羅士信的厲害，百般勸誘，羅士信怎麼可能向當年的裨將投降？劉黑闥於是下令將羅士信斬首。
羅士信的陣亡，固然有他自己的原因，但負主要責任的還應當是李世民。得到銘水失陷、羅士信被殺的消息後，李世民痛悔萬分。他特意向劉黑闥軍派出信使，重金贖回了羅士信的遺體，隆重裝殮。唐軍主力重新在銘州附近集結。經過短暫休整，在銘水失陷的第四天即二月二十九日，唐軍開始攻打銘水，當天就一舉攻克了城池。
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羅士信遺體被贖回以後，大家想起羅士信在九個月前、收葬裴家遺骨時曾經說過的話，就派人把羅士信的遺體運回洛陽，安葬在裴仁基父子的旁邊。
羅士信年紀很小就是名將了，而且人長得也很英俊，我們雖然看不到他的畫像，但知道這樣的史實：隋煬帝曾經命人把他作戰的形象畫下來，掛在宮中欣賞。羅士信的個性也比較孤傲冷峻，做事情一點都不留情麵，所以，儘管他衝鋒在前退卻在後，也舍得把賞賜分給手下，但是，即使長期和他在一起征戰的親兵也不敢太親近他。看來，演義中關於“冷麵、寒槍、俏羅成”的描寫，真的是一字都不落空，非常傳神。
羅士信去世時才二十多歲，不同史料在記載具體年齡時有些差異，但新、舊《唐書》、《資治通鑒》上都有一個共同的記載，即羅士信參加征討王薄的作戰時是14歲，以此來推算，這位剛剛受封為剡國公的青年將軍，陣亡時年僅二十三歲。
李世民與羅藝會師之後，就完成了對劉黑闥占據的銘州城的合圍。李世民的主力大營設在銘水南岸，依然與銘州隔水對峙，還有部分兵力布置在銘水北岸，隨時對付劉黑闥的挑釁。這時，李世民依然采取圍而不打的策略，隻是派兵切斷劉軍從水、陸兩方麵向銘州運糧的通道。到了三月下旬，劉黑闥軍的糧草即將耗儘。李世民估計他很快將傾巢出動大舉攻擊了，就命小部隊在銘水上遊築壩，攔截河水。三月二十六日，劉黑闥親自率步兵騎兵2萬餘人渡過銘水，騎兵在前，步兵在後，以騎兵掩護步兵向南岸的唐軍大營發動攻擊。
李世民對此早有準備，他先派輕騎兵出陣，纏住敵軍的騎兵部隊，自己則親率秦叔寶等最精銳的騎兵突然向敵軍騎兵發起猛攻，一舉撕破敵軍的騎兵陣營，直接衝進後邊的步兵方陣。劉黑闥的步兵失去騎兵的保護，在李世民最精銳的騎兵勁旅的攻擊下，立刻就陣形大亂，驍勇的唐軍騎兵將士在步兵營陣裡橫衝直撞，如入無人之境，劉軍士兵僅被戰馬踩死的就不計其數。
這場戰鬥從中午打到傍晚，劉黑闥軍傷亡慘重，開始向銘水河邊潰退。沒有人比劉黑闥更了解李世民手下秦叔寶、程咬金、牛進達這些大將的實力了，打到現在，他知道自己大勢已去，部隊很快就會被全殲，銘州也根本保不住。於是他趁戰場依然鏖戰的機會，帶領200名騎兵悄悄溜走，連銘州也不回，直接向突厥境內奔逃。當時戰場上的劉軍已經被李世民的騎兵完全衝散，各自為戰，根本不知道主帥已經逃跑，看到天就要黑了，大家都不約而同地撤到河邊，準備渡河回到北岸的軍營，就在劉黑闥的部隊大部分開始渡河的時候，接到命令的守壩部隊突然決堤，急流迅速沿河而下，河水猛漲到一丈多深，河中的數千名士兵不是被卷走就是被淹死。南岸的唐軍殺到河邊，全殲了留在南岸的劉黑闥軍殘餘部隊。
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