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后，高开道多次与突厥联兵入扰，恒、定、幽、易等州皆受其害。直到唐武德七年方灭。
不久，武德皇帝命秦王李世民和齐王李元吉率兵讨伐刘黑闼，同时再次命李艺从幽州南下，两面夹击。武德五年正月十四日，李世民率唐军收复相州，进军肥乡，列营水案进逼刘军。李艺则率军数万至鼓城威胁刘军侧后。刘黑闼为避免两面作战，命左仆射范愿率万人守洺州，亲率主力大兵北上迎击李艺。夜宿沙河时，唐永年令程名振带六十面大鼓，在洺州城西二里河堤上猛擂，声震城中。范愿惊惧，驰告刘黑闼，刘黑闼急回洺州，遣其弟刘十善和行台张君立将兵万人迎击李艺。三十日，李艺率军与刘十善、张君立在徐河鏖战半日，大败其军，斩俘八千人。二月二十四日，李艺克定、栾、廉、赵四州，俘伪尚书刘希道，后率军与李世民会师。三月，李艺和李世民在洺水以南扎营，分兵驻洺北。于是次日李世民率军在洺水击败刘黑闼军，刘黑闼率残部逃入突厥。
同年六月，刘黑闼再次起兵，引突厥军进扰山东，唐高祖李渊诏令李艺征讨。十月，淮阳王李道玄在下博战败身亡。刘黑闼在十天之间尽复旧地，声势大振。十一月，高祖李渊诏令太子李建成将兵讨刘黑闼。十二月十六日，李艺收复廉、定二州，与李建成会师于洺州。二十五日，唐军大破刘黑闼军。武德六年正月初五，刘黑闼被俘，河北地区复为唐有。此战令李艺结识了大唐储君，李建成对李艺的军略之能颇多溢美之词，两人自此交好。
刘黑闼灭，李艺请求入朝，武德皇帝在长安待其颇厚。二月二十四日，拜李艺为左翊卫大将军，居家长安。李艺便是在此时卷入了大唐皇室的储位之争。天策府将领张士贵到他营中公干，他竟令其足足等了两个时辰，见面后张士贵以奉王命为由多说了两句，李艺当场命军卒将其放翻。重打了四十大板。
武德皇帝闻知此事，大怒不已，敕命将李艺下在了大理寺天牢之中，过了些日子才将他释放，官复原职。其时突厥屡犯边境，武德以李艺素有威名，为突厥所惮，便于武德八年六月十四日令其以本官领天节军将，镇守泾州，屯兵在华亭和弹筝峡，以备突厥。
待宴罢散席，李艺将弟弟单独留了下来，又召来了王府长史陈奉和司马杜仲达，随手将尚书省发来的帛书上敕扔在了案子上，道：“这个东西发来了，你们说说吧，下一步我们怎么走？”