公元613年春季，正月丁丑日，炀帝下诏征召天下军队聚集到涿郡，开始招募百姓组建“骁果”（精锐禁军），整修辽东古城来储存军粮。
灵武郡盗贼首领白瑜娑劫掠官府牧马，向北勾结突厥，陇右地区深受其害，人们称他为“奴贼”。己亥日，炀帝命令刑部尚书卫文升等人辅佐代王杨侑留守西京长安。
二月壬午日，炀帝下诏说：“宇文述因为兵粮供应不上，导致大军失利；这是军吏调度失误造成的，不是宇文述的罪过，应当恢复他的官爵。”不久后，又加封他为开府仪同三司。
炀帝对侍臣说：“高丽这个小小蛮夷，竟敢侮辱大国；如今就算是移山填海，我还希望能成功，何况对付这个小寇！”于是再次商议讨伐高丽。左光禄大夫郭荣劝谏说：“戎狄失礼，是臣子该处理的事；千钧重的弩箭，不会为了一只小老鼠而发射，陛下何必亲自屈尊万乘之躯去对抗小贼呢！”炀帝不听。
三月丙子日，济阴郡人孟海公起兵作乱，占据周桥，部众发展到数万人，他见到有人引用经书史书，就将其杀死。
丁丑日，征发十万壮丁修筑大兴城。戊寅日，炀帝前往辽东，命令民部尚书樊子盖等人辅佐越王杨侗留守东都洛阳。
当时各地盗贼四起，齐郡的王薄、孟让，北海郡的郭方预，清河郡的张金称，平原郡的郝孝德，河间郡的格谦，勃海郡的孙宣雅等人，各自聚集部众劫掠州县，多的十余万人，少的数万人，山东地区深受其苦。天下太平已久，人们不熟悉战事，郡县官吏每次与盗贼交战，都望风而逃。只有齐郡丞閺乡人张须陀深得士众之心，勇猛果断善于作战，率领郡兵在泰山下进攻王薄。王薄依仗之前的多次胜利，没有设防；张须陀突然袭击，大败王薄。王薄收集残余部众向北渡过黄河，张须陀追击到临邑，再次击败他。王薄向北联合孙宣雅、郝孝德等人，率领十余万人进攻章丘，张须陀率领两万步兵骑兵迎击，盗贼大败。盗贼首领裴长才等人率领两万部众突然赶到齐郡城下大肆抢掠。张须陀来不及集结军队，率领五名骑兵出战，盗贼争相围攻，将他们包围了一百多层，张须陀身中数伤，勇气却更加旺盛。恰逢城中军队赶到，盗贼才稍稍退却。张须陀督率部众反击，裴长才等人战败逃走。庚子日，郭方预等人联合军队攻陷北海郡，大肆抢掠后离去。张须陀对下属说：“盗贼依仗兵力强盛，认为我不能救援北海。我现在迅速进军，一定能打败他们！”于是挑选精锐部队日夜兼程进发，大败盗贼，斩杀数万人，前后缴获的盗贼物资不可胜数。
历城县人罗士信，年仅十四岁，跟随张须陀在潍水进攻盗贼。盗贼刚摆好军阵，罗士信就骑马冲到阵前，刺杀数人，砍下一人的头颅扔到空中，用长矛接住，高举着在阵前巡行；盗贼们惊愕不已，不敢靠近。张须陀趁机率领军队奋勇进攻，盗贼大败。罗士信追击逃敌，每杀一人，就割下鼻子揣在怀里，返回后用来核对杀敌数目；张须陀赞赏不已，将他留在身边。每次作战，张须陀率先登城，罗士信作为副手。炀帝派遣使者慰问勉励，并画下张须陀、罗士信作战的阵型图观看。
夏季，四月庚午日，炀帝的车驾渡过辽水。壬申日，派遣宇文述与上大将军杨义臣进军平壤。
左光禄大夫王仁恭率军从扶馀道出发，进军到新城，高丽数万军队前来抵抗，王仁恭率领一千精锐骑兵击败高丽军，高丽军环城固守。炀帝命令各位将领进攻辽东城，允许他们相机行事。隋军架设飞楼、撞车、云梯，挖掘地道，从四面同时进攻，昼夜不停，但高丽军随机应变顽强抵抗，二十多天未能攻克，双方死伤惨重。冲梯的竹竿长达十五丈，骁果吴兴人沈光爬到顶端，靠近城墙与高丽军交战，短兵相接，杀死十数人，高丽军争相攻击他，沈光从梯上坠落；还没到地面，恰好遇到竹竿上垂下的绳索，沈光抓住绳索再次爬上云梯。炀帝望见后，赞赏他的勇猛，立即任命他为朝散大夫，常年留在身边。
礼部尚书杨玄感，骁勇善战，擅长骑马射箭，喜爱读书，喜欢结交宾客，天下知名之士大多与他交往；他与薄山公李密关系友好。李密是李弼的曾孙，年轻时就有才华谋略，志向远大，轻视财物，喜好结交贤士，担任左亲侍。炀帝见到他后，对宇文述说：“刚才左边侍卫中那个黑皮肤的小孩，眼神异常，不要让他担任宿卫！”宇文述于是暗示李密称病辞职，李密从此不再参与世事，专心读书。他曾经骑着黄牛读《汉书》，杨素遇到后对他感到惊异，于是将他召到家中，与他交谈后非常高兴，对儿子杨玄感等人说：“李密的见识和气度如此出众，你们都比不上他！”从此杨玄感与李密结为深交。有时杨玄感会侮辱李密，李密说：“说话应当实事求是，怎么能当面阿谀奉承！如果在两军阵前决策，怒吼一声就能震慑敌人，我比不上你；但驱使天下贤才俊士，让他们各尽其用，你比不上我：怎么能因为地位稍高就轻视天下士大夫呢！”杨玄感笑着表示信服。
小主，
杨素依仗功劳骄横傲慢，在朝廷宴会之际，有时会失去臣子的礼节。炀帝心中怀恨但没有说出来，杨素也察觉到了。等到杨素去世，炀帝对近臣说：“如果杨素不死，最终一定会被灭族。”杨玄感对此颇为了解，而且自认为家族世代显贵，朝中文武大臣大多是父亲的旧部下，看到朝政日益混乱，而炀帝又多猜忌，内心感到不安，于是与弟弟们暗中谋划作乱。炀帝正忙于征伐高丽，杨玄感主动请求说：“我家世世代代蒙受国家恩惠，愿意担任将领出征。”炀帝高兴地说：“将门一定有将才，相门一定有相才，果然名不虚传！”从此对杨玄感的宠信日益深厚，让他参与朝政。
炀帝讨伐高丽，命令杨玄感在黎阳督运粮草，杨玄感于是与虎贲郎将王仲伯、汲郡赞治赵怀义等人谋划，故意拖延漕运，不按时进发，想要让渡过辽水的各路军队缺乏粮食；炀帝派遣使者催促，杨玄感声称水路有很多盗贼，不能前后一起进发。杨玄感的弟弟虎贲郎将杨玄纵、鹰扬郎将杨万石，都跟随炀帝前往辽东，杨玄感暗中派人召回他们，二人都逃了回来。杨万石到达高阳时，被监事许华抓获，在涿郡斩首。
当时右骁卫大将军来护儿率领水军从东莱将要入海进军平壤，杨玄感派遣家奴伪装成从东方来的使者，谎称来护儿谋反。六月乙巳日，杨玄感进入黎阳，关闭城门，大肆搜捕成年男子，用帆布制作头盔和铠甲，设置官属，全部依照开皇年间的旧制。他向附近各郡发送文书，以讨伐来护儿为名，命令各郡发兵到黎阳仓集合。郡县中能干的官员，杨玄感都以运粮为由将他们召集过来，任命赵怀义为卫州刺史，东光县尉元务本为黎州刺史，河内郡主簿唐祎为怀州刺史。
治书侍御史游元在黎阳督运粮草，杨玄感对他说：“暴君肆虐，身陷异域，这是上天要灭亡他的时候。我如今亲自率领义兵诛杀无道之君，你意下如何？”游元神色严肃地说：“令尊蒙受国家的宠信，近古以来无人能比。你们兄弟都身居高位，本应当竭诚尽节报答皇恩。没想到令尊坟土还未干，你就亲自图谋反叛！我只有一死而已，不敢听从你的命令！”杨玄感发怒将他囚禁，多次用兵器威胁，游元始终不屈服，于是杨玄感将他杀死。游元是游明根的孙子。
杨玄感挑选年轻力壮的运夫五千余人，丹杨、宣城的船夫三千余人，杀牛、羊、猪三牲誓师，并且晓谕众人说：“主上无道，不把百姓放在心上，天下动荡不安，死在辽东的人数以万计。如今我与各位起兵，来解救百姓的危难，怎么样？”众人都踊跃欢呼万岁。于是杨玄感部署军队。唐祎从杨玄感那里逃回河内郡。
此前杨玄感暗中派遣家僮前往长安，召李密和弟弟杨玄挺前往黎阳。等到起兵时，李密恰好赶到，杨玄感非常高兴，将他视为谋主，对李密说：“你一直以拯救天下为己任，如今正是时候！有什么计策？”李密说：“天子出征，远在辽东之外，距离幽州还有千里之遥。南边有大海，北边有强大的突厥，中间只有一条道路，形势极为艰险。你率领军队出其不意，长驱直入蓟州，占据临渝关的险要之地，扼住隋军的咽喉。隋军归路被切断，高丽人得知后，一定会从后方追击。不出十天半个月，隋军的物资粮草就会耗尽，他们要么投降，要么溃散，不用作战就能擒获炀帝，这是上策。”杨玄感说：“再说说中策。”李密说：“关中地区四面险阻，是天府之国，虽然有卫文升镇守，但不足为惧。如今率领部众向西进军，沿途城池不攻，直接夺取长安。招揽那里的豪杰之士，安抚百姓，占据险要之地固守。天子即使返回，也失去了根基，可以慢慢图谋天下。”杨玄感说：“再说说下策。”李密说：“挑选精锐部队，日夜兼程，袭击东都洛阳，以号令天下。但恐怕唐祎已经告密，东都已经提前固守。如果率军进攻，一百天不能攻克，天下的军队从四面八方赶来，后果就不是我能预料的了。”杨玄感说：“不对，如今百官的家眷都在东都，如果先夺取洛阳，足以动摇他们的军心。而且沿途城池不攻克，怎么能显示军威！你的下策，正是我的上策。”于是率领军队向洛阳进发，派遣杨玄挺率领一千名骁勇士兵作为前锋，先夺取河内郡。唐祎据城坚守，杨玄挺一无所获。
唐祎又派人告知东都的越王杨侗与樊子盖等人，让他们整兵防备，修武县的百姓也纷纷据守临清关。杨玄感无法通过，于是在汲郡南边渡过黄河，跟随他的人络绎不绝，如同集市一般。他派弟弟杨积善率领三千士兵从偃师南边沿着洛水向西进军，杨玄挺从白司马坂越过邙山向南进军，杨玄感率领三千余人跟随在后面，相距约十里，自称大军。他的士兵都手持单刀和柳木盾牌，没有弓箭和铠甲。东都派遣河南县令达奚善意率领五千精锐士兵抵御杨积善，将作监、河南赞治裴弘策率领八千人抵御杨玄挺。达奚善意渡过洛水南岸，在汉王寺扎营；第二天，杨积善的军队赶到，达奚善意的军队不战自溃，铠甲兵器都被杨积善缴获。裴弘策出兵到白司马坂，一战即败，逃走时丢弃了大半铠甲兵器，杨玄挺也不追击。裴弘策撤退三四里，收集溃散的士兵，再次摆好军阵等待杨玄挺；杨玄挺缓缓赶到，休息了很久，突然发起攻击，裴弘策又战败，这样连续五次交战都以裴弘策失败告终。丙辰日，杨玄挺直抵洛阳太阳门，裴弘策只剩下十余骑兵逃回宫城，其余士兵全部归降杨玄感。
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杨玄感驻扎在上春门，每次誓师都对众人说：“我身为上柱国，家中财富累计数万金，至于富贵，我已经无所求了。如今不顾灭族之险起兵，只是为了天下百姓解除倒悬之苦！”众人都非常高兴。父老乡亲争相献上牛酒，年轻人前往军门请求效力的，每天有上千人。
内史舍人韦福嗣是韦洸的侄子，从军抵御杨玄感，被杨玄感抓获；杨玄感对他厚礼相待，让他与党羽胡师耽共同掌管文书。杨玄感命令韦福嗣写信给樊子盖，列举炀帝的罪恶，说：“如今想要废掉昏君，拥立明君，希望你不要拘泥于小节，以免自招祸患。”樊子盖刚从外藩调入京城担任官职，东都的旧官员大多轻视他，至于军事部署，也不太听从他的指挥。裴弘策与樊子盖同级，之前出兵讨伐盗贼失利，樊子盖再次命令他出战，裴弘策不肯前往，樊子盖下令将他拉出斩首示众。国子祭酒河东人杨汪，稍有不恭敬，樊子盖也将要把他斩首；杨汪跪地磕头流血，才得以幸免。于是将领官吏都震惊恐惧，不敢仰视樊子盖，政令得以严格执行。杨玄感出动全部精锐攻城，樊子盖随机应变顽强防守，杨玄感无法攻克。然而达官贵族的子弟应募从军的，听说裴弘策被杀，都不敢入城。韩擒虎的儿子韩世咢、观王杨雄的儿子杨恭道、虞世基的儿子虞柔、来护儿的儿子来渊、裴蕴的儿子裴爽、大理卿郑善果的儿子郑俨、周罗睺的儿子周仲等四十余人都投降了杨玄感，杨玄感将亲信重要的职位都托付给他们。郑善果是郑译的侄子。
杨玄感收编军队达五万余人，派遣五千人驻守慈磵道，五千人驻守伊阙道，派遣韩世咢率领三千人包围荥阳，顾觉率领五千人夺取虎牢关。虎牢关守军投降，杨玄感任命顾觉为郑州刺史，镇守虎牢关。
代王杨侑派遣刑部尚书卫文升率领四万军队救援东都，卫文升抵达华阴，挖掘杨素的坟墓，焚烧他的骸骨，以此向士兵表示必死的决心，于是率领军队大张旗鼓地从崤山、渑池出发，直趋东都城北。杨玄感率军迎击；卫文升边战边进，驻扎在金谷。
辽东城久攻不下，炀帝派遣人制造一百多万个布囊，装满泥土，想要堆积成一条鱼梁大道，宽三十步，高与城墙平齐，让士兵登上大道攻城。又制造八轮楼车，高度超过城墙，排列在鱼梁大道两侧，想要俯视城内射箭，约定日期将要攻城，城内高丽军处境危急。恰逢杨玄感谋反的文书传到，炀帝大为恐惧，召纳言苏威进入帐篷，说：“这个小子聪明，会不会成为祸患？”苏威说：“能分辨是非、审察成败，才能称之为聪明，杨玄感粗疏鲁莽，不必担心。但恐怕从此会逐渐酿成祸乱。”炀帝又听说达官贵族的子弟都在杨玄感那里，更加忧虑。兵部侍郎斛斯政向来与杨玄感关系友好，杨玄感谋反，斛斯政参与了谋划，杨玄纵兄弟逃回，是斛斯政暗中送走的。炀帝将要彻底追查杨玄纵等人的党羽，斛斯政内心不安，戊辰日，逃奔高丽。庚午日，夜间二更时分，炀帝秘密召集各位将领，命令他们率军返回，军用物资、器械、攻城器具堆积如山，营垒、帐幕都保持原样，全部丢弃后离去。隋军将士人心惶惶，不再有秩序，各路军队四散分离。高丽军当时就察觉到了，但不敢出城，只是在城内击鼓呐喊。到第二天午时，才逐渐出城，向四方侦察，仍然怀疑隋军是诈退。过了两天，才派出数千名士兵追击，因为畏惧隋军人数众多，不敢逼近，常常相距八九十里，快要到辽水时，得知炀帝的御营已经全部渡过，才敢逼近后军。当时后军还有数万人，高丽军随后劫掠攻击，最后数千名老弱士兵被杀死掳掠。
起初，炀帝再次征伐高丽，又问太史令庾质：“这次出征怎么样？”庾质回答说：“我实在愚昧，仍然坚持之前的看法，陛下如果亲自出征，耗费的人力物力实在太多。”炀帝发怒说：“我亲自出征尚且不能攻克，只派遣别人去，怎么能成功！”等到返回后，炀帝对庾质说：“你之前不希望我出征，就是因为这个吧。杨玄感能成功吗？”庾质说：“杨玄感虽然地位显赫，但向来没有民众威望，只是趁着百姓疲惫，希望侥幸成功。如今天下统一，不容易动摇。”
炀帝派遣虎贲郎将陈棱在黎阳进攻元务本，又派遣左翊卫大将军宇文述、左候卫将军屈突通乘坐驿车发兵讨伐杨玄感。来护儿抵达东莱，听说杨玄感包围东都，召集各位将领商议回军救援。将领们都认为没有皇帝的敕令，不宜擅自回军，固执地不肯听从，来护儿厉声说：“洛阳被包围，是心腹之患；高丽违抗命令，不过是疥癣之疾。国家的事情，知道了就必须去做，擅自回军的责任在我，与你们无关，有敢阻拦的，按军法处置！”当天就回军。命令儿子来弘、来整乘坐驿车奏报炀帝。炀帝当时已经回到涿郡，已经敕令来护儿救援东都，见到来弘、来整后非常高兴，赐给来护儿的玺书中说：“你回军的时候，正是我下令让你回军的日子，君臣心意相合，远隔千里却如同符契般契合。”
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此前，右武候大将军李子雄因事被削除官籍，命令他从军效力，跟随来护儿在东莱，炀帝怀疑他，下诏将李子雄锁押到行宫。李子雄杀死使者，逃奔杨玄感。卫文升率领两万步兵骑兵渡过瀍水，与杨玄感交战，杨玄感多次击败他。杨玄感每次作战，都身先士卒，所向披靡，又善于安抚士兵，士兵们都愿意为他效死，因此每次作战大多取胜，部众日益增多，达到十万人。卫文升寡不敌众，死伤大半，于是又进军驻扎在邙山之南，与杨玄感决战，一天之内交战十余次。恰逢杨玄挺中流箭而死，杨玄感的军队才稍稍退却。
秋季，七月癸未日，馀杭郡百姓刘元进起兵响应杨玄感。刘元进手长一尺多，手臂下垂能超过膝盖，自认为相貌非凡，暗中怀有异心。恰逢炀帝再次征发三吴地区的士兵讨伐高丽，三吴士兵都相互议论说：“往年天下全盛之时，我们的父兄出征高丽，尚且大半没能返回；如今国家已经衰败，又要去出征，我们这些人恐怕要全军覆没了！”因此很多人逃亡。郡县官府追捕得十分紧急，逃亡的人听说刘元进起兵，纷纷聚集到他麾下，十天一个月之间，部众就发展到数万人。
起初，杨玄感抵达东都洛阳，自认为天下会纷纷响应，成功指日可待。他俘获韦福嗣后，把他当作心腹重臣，不再专门信任李密。韦福嗣每次谋划计策，都模棱两可、持观望态度；李密揣测到他的心意，对杨玄感说：“韦福嗣本来就不是我们的同盟，实际上心怀观望。明公刚开始发动大事，身边就有奸人，听从他的是非判断，一定会被他耽误，请把他斩首！”杨玄感说：“何至于到这个地步！”李密退下后，对亲信说：“楚公（杨玄感封号）喜欢谋反却不想取胜，我们这些人如今要成为俘虏了！”
李子雄劝说杨玄感尽快称帝，杨玄感以此询问李密，李密说：“从前陈胜想要称王，张耳劝谏却被疏远；魏武帝想要谋求九锡之礼，荀彧反对却被诛杀。如今我要是直言劝谏，恐怕会重蹈这两个人的覆辙；如果阿谀奉承顺从你的意思，又不是我的本意。为什么呢？起兵以来，虽然多次取得胜利，但各个郡县并没有响应我们的；东都的防守仍然坚固，天下的援军越来越多，你应当奋勇作战，早日平定关中，却急于称帝，这不是向天下人显示自己的胸襟狭隘吗！”杨玄感笑着放弃了称帝的打算。