这年九月，唐高祖诏令调发巴、蜀兵士，集结于夔州，并任命赵郡王李孝恭为荆湘道行军总管，李靖兼行军长史，统辖十二总管，自夔州顺流东进；又任命庐江王李瑗为荆郢道行军元帅，出襄州道，为北路军；黔州刺史田世康出辰州道，为南路军；黄州总管周法明出夏口道，为东路军。四路大军分头并进，一齐杀向江陵，发起了一场规模巨大的军事攻势（参见唐平萧铣之战）。

　　这时，适值秋天雨季，江水暴涨，流经三峡的涛涛江水咆哮狂奔而下，响声震撼着峡谷。萧铣满以为水势汹涌，三峡路险难行，唐军不能东下，遂休养士兵，不加防备。唐将也大都望而生畏，请求待洪水退后再进兵。李靖以他那超人的胆识和谋略，力排众议，说：“兵贵神速，机不可失。今兵始集，铣尚未知，若乘水涨之势，倏忽至城下，所谓疾雷不及掩耳，此兵家上策。纵彼知我，仓卒征兵，无以应敌，此必成擒也。”孝恭依从其议，遂率战舰二千余艘，沿着三峡，冲破惊涛骇浪，顺流东进。由于萧铣毫无防备，唐军连破荆门、宜都二镇，并乘胜前进，十月即抵夷陵城（湖北宜昌）下。

　　这时，萧铣的骁将文士弘率数万精兵驻守在附近的清江。李孝恭大兵一到，即想进击。李靖劝告他说：“士弘，铣之健将，士卒骁勇，今新失荆门，尽兵出战，此是救败之师，恐不可当也，宜且泊南岸，勿与争锋，待其气衰，然后奋击，破之必矣。”李靖的避其兵锋，挫其锐气，然后一战可擒的战术是很正确的，但李孝恭由于连战告捷，错误地估计了敌人的力量，没有听从他的劝告，遂命李靖留守军营，自己率兵出战。果然不出李靖所料，双方一交战，孝恭军大败，即逃奔南岸，损失很大。文士弘获胜以后，即纵兵四出抢掠，兵士肩扛手提，多有收获。李靖见敌军队伍大乱，遂不失时机，迅即指挥唐军出战。文士弘军队一时难以收拢，措手不及，结果被唐军打得落花流水，被杀及溺水而死者将近一万人，获得舟舰四百余艘。

　　攻下夷陵之后，李靖又马不停蹄，率轻骑五千为先锋，直奔后梁都城江陵，李孝恭率大军继后。李靖首先攻克江陵外城，接着又占领水城，缴获了大批舟舰，却让孝恭全部散弃江中，顺流漂下。诸将对此做法都困惑不解，认为缴获敌船，正好充当军舰，为何却遗弃江中，以资敌用？李靖胸有成竹地说：“萧铣之地，南出岭表，东距洞庭，吾悬军深入，若攻城未拔，援军四集，吾表里受敌，进退不获，虽有舟楫，将安用之？今弃舟舰，使塞江下，援兵见之，必谓江陵已破，未敢轻进，往来觇伺，动淹旬月，吾取之必矣。”李靖的疑兵之计果然奏效，长江下游的萧铣援兵见江中到处都是遗弃散落的舟舰，以为江陵已破，都疑惧不前。交州刺史丘和、长史高士廉等将赴江陵朝见，在行进途中听说萧铣已败，便都到孝恭营中投降。

　　唐军把江陵围得水泄不通。萧铣见内外隔绝，外无援兵，城内又难以支持，走投无路，遂开门投降唐军。李靖率军进入城内，号令严肃，秋毫无犯。这时，诸将都以为萧铣将帅抗拒官军，罪大恶极，建议籍没其家财产，用以犒赏官军将士。李靖立即出面劝止，晓以大义，说：“王者之兵，吊人而取有罪，彼其胁驱以来，藉以拒师，本非所情，不容以叛逆比之。今新定荆、郢，宜示宽大，以慰其心，若降而籍之，恐自荆而南，坚城剧屯，驱之死守，非计之善也”。李靖高瞻远瞩，宽宏大度，不贪财宝，确比诸将更高一筹。他这一做法颇得人心，由是江、汉纷纷望风归降。萧铣投降几天之后，有十几万援军相继赶到，听说萧铣已经投降，唐朝的政策宽大，也都放下兵器不战而降。

　　李靖佐助李孝恭出师，仅用了两个月的时间，即消灭了江南最大的割据势力后梁，战功卓著，唐高祖诏封他为上柱国、永康县公，赐物二千五百段。