他也早知道罗士信骁勇善战，是个千载难逢的良将，于是对他封赏深厚，甚至为了永远得到罗士信，还与他同吃同睡，引为至交。但王世充这人的人品比李密还有不如，后来瓦岗军的将领们大都离他而去。罗士信当然也不例外。不过促使罗士信离弃王世充还有一个理由。前面说过，王世充为了拉拢罗士信，甚至跟他同吃同睡，跟哥们似的，但后来王世充在得到别的战将后，就开始疏远罗士信了。
后来，王世充有个侄子叫王道询，他看中了罗士信的坐骑，向他索要。罗士信当然不给了，有匹好马对于一个将军来说是非常重要的。可此时的王道询太不懂规矩了，仗着自己的身份对罗士信提出这个很过分的要求。他被罗士信拒绝后，就向王世充说了。此时的王世充也很不懂规矩，居然把罗士信的战马夺去赐给了侄子。做为一个军事统帅来说，夺人战马，不仅是太护短，简直是不可原谅的。
罗士信自此开始鄙视王世充。当时李渊已经称帝，建立了唐朝，李世民统帅大军为统一天下而战；而王世充也坐拥洛阳，欲同李唐争夺天下。双方自然要斗个你死我活。619年，王世充命罗士信攻打唐军，双方战于谷州。早已想脱离王世充的罗士信趁机率部千余人归降唐朝。唐高祖李渊大喜，派使者慰劳，赐罗士信帛五千段，任命罗士信为陕州道行军总管。
英雄有了用武之地。罗士信一归顺大唐，便有了上佳的发挥，619年十月，他率军进袭洛阳外城，纵火焚烧清化里；不久又攻破青城堡（今河南洛阳西北）。620年，李世民东征洛阳，讨伐王世充。罗士信随军前往，他率部围攻慈涧，王世充之子王玄应前来救援。他哪是罗士信的对手？双方交战时，王玄应被罗士信一枪刺于马下，险些丧命。
跟演义里的傻小子罗士信不一样，真正的罗士信可不是一个莽夫，而是有勇有谋的。这在之后的一次战斗中表现得淋漓尽致。当时罗士信攻取硖石堡，进围千金堡。可千金堡守军坚守不出，并大骂罗士信。这时他表现出了自己的谋略。罗士信连夜派了一百多人装扮成老百姓，怀抱婴儿到千金堡下，故意让婴儿啼哭，他们诈称都是从东都洛阳逃来投罗士信的。
然后又故意道：“哎呀，我们都弄错了，这里哪有罗士信，这里是千金堡啊！”然后纷纷离去。守军信以为真，以为罗士信已经撤离，城下的都是从洛阳来的百姓。他们便打开城门，出兵追赶唐军。这时罗士信已在路边设好埋伏，趁千金堡城门大开之时，冲入城中，一举拿下城池，大获全胜。三、英年早逝，“成全”罗成和李元霸621年，王世充投降，洛阳平定，罗士信因功被封为绛州总管、剡国公。
但此时天下仍未平定，还有一些军阀割据势力存在，比如势力强大的刘黑闼。622年李世民又发起了征讨刘黑闼的战斗。一次战斗中，李世民命王君廓守洺水城。当时，刘黑闼军攻势凶猛，他们在城东北修筑两个甬道攻城。李世民唯恐城破，率唐军三次增援王君廓，都被刘黑闼挡住，无法靠近城池。看看王君廓将守不住城池，无奈，他召集众将商议，李世勣担心地说：“若刘黑闼的甬道直达城下，城必然守不住。
”于是李世民问众将道：“谁愿前去代替王君廓守城？”这时，罗士信再次彰显英雄本色，他挺身而出说：“罗某愿往！”李世民于是任命罗士信前往守城。李世民登上洺水城西南方的高坡，以旗语招引王君廓，王君廓率军力战，突围而出。罗士信趁机率二百人入城，代替王君廓守城。此时，天降大雪，刘黑闼仍昼夜攻城，唐军无法增援。八日后，洺水城破，罗士信被俘。
罗士信面对刘黑闼的招降，宁死不屈，壮烈殉国。他死时年仅二十三岁。李世民得知后非常悲伤，以重金赎回他的遗体，将他安葬，并赐谥号为勇。罗士信一生虽短，但其在战场上威名赫赫，可以说他从14岁开始，在10年的军事生涯里，每个阶段都有出彩的表现。不管是在张须陀麾下，还是在李密、王世充、李世民麾下，都立下赫赫战功，也是大唐不折不扣的一位开国名将。
但他23岁早逝，不能不说是大唐的一个重大损失。因为在之后大唐的开疆拓土之中，曾经跟罗士信并肩作战的，比如秦琼、程咬金等人，还有许多为国立功的机会，可惜罗士信没有了，这不能不说是一种遗憾。所以说他是唐朝死得最可惜的开国名将之一，毫不为过。不过，罗士信为何又“成全”了名将罗成和李元霸了呢？这里要指出的是，隋唐英雄里威名远扬的罗成和李元霸其实都是演义人物，正史里不存在或者被严重夸大了的。
