突通在与农民军作战时非常谨慎，所以虽然没有大胜，但是从来没有战败过。大业十二年（616年），隋炀帝杨广南下江都宫，命令屈突通追随代王杨侑镇守长安。在全国各方农民起义军的不断冲击下，隋王朝的统治实则已经名存实亡，一些贵族豪强、地方官吏也乘机起兵，割据一方称王，企图收走农民战争的战果，取代隋朝，在这种形势下，太原留守李渊也悄然起兵。

李渊在太原起兵后，让他的四子李元吉留守晋阳宫，负责太原事宜，自己亲自统率甲士三万从晋阳誓师出发，并发布檄文，告谕尊立隋朝代王杨侑（you），然后后沿着汾水南下，经过雀鼠谷（今山西介休西南、霍县以北汾河河谷），屯兵在贾胡堡（今山西灵石西南）。代王杨侑派虎牙郎将宋老生率精兵两万驻守霍邑（今山西霍县），派屈突通率军数万驻守河东，和宋老生遥相呼应，共同对抗李渊，李渊计诱宋老生出城，两路夹击，大败隋军占领霍邑，打开了进军关中的通道。

李渊的军队攻取霍邑后，继续沿汾水南下，进军到了龙门（今山西河津西北）。屈突通率军数万屯守于河东（郡治河东，今山西永济西南），准备阻止李渊入关。此时，李渊的司马刘文静带着突厥大将康鞘利率兵赶到，使得李渊兵力大增。李渊到达汾阴（今山西万荣西南）后，招抚关中农民军首领孙华，命孙华先行渡过黄河。

此时屈突通的处境非常艰难，正如李渊分析的那样：“屈突通精兵不少，和我军相隔仅五十余里，但不敢出战，足以证明他的部下已经不为他效命了，但屈突通害怕上边怪罪，又不敢不出战，如果他亲自率军过河进攻，那我们就进攻河东，河东肯定守不住。如果屈突通全军守城不出，那你们就拆毁河上的桥梁，这样从前面扼住他的咽喉，在后面攻击他的后背，他如果不逃走的话，必定被我们擒获啊。”九月，屈突通派虎牙郎将桑显和率数千名士兵乘着夜色，袭击王长谐的军队，起初进展顺利。但孙华、史大柰等人率轻骑从侧后方袭击桑显和，隋军只得败回河东，随即，李渊率军包围了河东，但河东城高险峻，屈突通又善于守城，使得李渊难以很快攻下，李渊只好留一部兵力继续围城，自己率领主力渡河西进，逼进关中。

屈突通听说李渊要攻打长安后，留下鹰扬郎将尧君素据守河东，自己率军从武关（今陕西丹凤东南）出蓝田（今陕西兰田），准备回救长安，到达潼关（今潼关东北黄河南岸）附近后，被李渊手下大将刘文静阻挡住了去路。当时隋将刘纲负责守卫潼关，屯军都尉南城，屈突通想要和刘纲合兵，李渊军中的左统军王长谐率部抢先占领都尉南城，斩杀了刘纲，屈突通被迫退守都尉北城，处境很是窘迫。有人劝他投降，屈突通哭着说：“我蒙受国家的厚恩，侍奉两位皇帝，陛下对我的恩宠照顾非常优厚，拿着人家的俸禄而在困难时选择背叛，这是人干的事吗？只能以死报国呀！”还摸着自己的脖子说：“我应当为国家挨一刀才是！”手下的将士们听到屈突通的话后痛哭流涕的，很是感动。

但此时李渊已经攻占了长安，并派人前去招降屈突通，屈突通当即将前来招降的使者杀死，听说长安已失，家属都被李渊所俘，屈突通便命桑显和镇守潼关，自己率主力向东进发，准备去洛阳投奔越王杨侗，但屈突通刚走，桑显和便主动献出潼关投降了刘文静，刘文静派副将窦琮、段志玄等人率精骑和桑显和追击屈突通，屈突通在稠桑（今河南灵宝北黄河南岸）被刘文静军追上，窦琮派屈突通的儿子屈突寿去劝说他，屈突通骂道：“以前我俩是父子关系，现在已经是仇敌了。”说完便命令身边的士兵用弓箭射向自己的儿子屈突寿。此时他的旧将桑显和对屈突通的部众们说：“京师陷落，各位的家都住在关西，为何还要向东去呢？”屈突通的士兵们听了这些话后，也全都扔掉了兵器投降，走投无路的屈突通眼见大势已去，下马向东南方向（扬州）跪拜，并哭着说：“臣尽力而兵败，没有辜负陛下，天地间的神灵，可以为我作证。”屈突通被迫归降，被押送到了长安。和李渊见面后，李渊问他：“我们为何相见的这么晚呢？”屈突通哭着说：“我没能尽到为人臣子的忠节，所以到了这个地步，让本朝蒙羞，实在是愧对陛下。”李渊对他的行为赞赏不已：“你们看到了嘛？这就是大隋朝的忠臣啊。”于是下令将屈突通释放，授予兵部尚书的职务，封为蒋国公。

屈突通归降后，奉命到河东城下招降隋将尧君素，尧君素看到屈突通后，一股酸意涌上心头，屈突通的眼泪也打湿了衣襟，对尧君素说：“我们已经失败，现在唐王义旗所指之处，无不响应，事情到了如