在刘武周占据马邑的同年同月，也就是大业十三年(617年)二月，隋朝雁门郡丞陈孝意、虎贲郎将王智辩，亲率大军，讨伐刘武周。陈孝意、王智辩二人，率领隋军，一路掩杀，将刘武周所部包围于桑干镇(位于今山西山阴南)。

二月二十一日，突厥及时出兵，救援刘武周。在突厥骑兵的襄助下，刘武周与突厥军队合兵一处，一举击败了陈孝意、王智辩所部联军。混战当中，王智辩不幸阵亡，陈孝意仅以身免，只身逃回雁门。

仅仅过了不到一个月，大业十三年(617年)三月十七日，刘武周挟胜利之势，亲自率军，进逼楼烦郡。刘武周根本没花什么力气，轻松袭破了楼烦郡。除了攻下楼烦郡，并且，刘武周还顺便捎带手，占据了隋炀帝的行宫——汾阳宫。打下汾阳宫后，刘武周做的第一件事，就是讨好突厥。

汾阳宫是隋炀帝的行宫，与晋阳宫一样，里面蓄养着许多如花似玉的美女。为了获取来自突厥方面更多的支持，刘武周借花献佛，将这些宫女，全部送往突厥，献给了始毕可汗。

始毕可汗接到这样一份“厚礼”，心花怒放，觉得刘武周这个马仔，太懂事了。既然刘武周主动示好，作为主子，礼尚往来，突厥自然也要有所表示。所以，始毕可汗立刻回馈了一份厚礼，以优质战马相赠。

要知道，在那样一个硝烟弥漫的乱世，战马对于一支割据势力而言，无疑是重要的军事资源。因此，获得这样一批突厥良马，刘武周更是不遗余力地扩充军备，他的军事实力，开始逐渐壮大起来。攻破楼烦郡后，刘武周趁热打铁，又乘胜出击，攻陷了另一座军事重镇——定襄郡。

大业十三年(617年)三月，刘武周攻陷定襄。直到此时，刘武周从隋朝一个普通的鹰扬府校尉，逐渐成为了山西地区一位举足轻重的风云人物。通过一系列的军事手段，刘武周占据了马邑、楼烦、定襄三郡，势力不断得到扩张。此时的刘武周，已非昨日吴下阿蒙，足可与天下群雄争夺天下。

不久之后，因为刘武周攻陷定襄，取得了军事上的成绩。突厥随即也承认了刘武周的合法地位，册立刘武周为“定杨可汗”(即取代杨隋天下之意)，赐以“狼头纛”，这是突厥可汗专属的代表性仪仗、旗帜。

得到了突厥的册封，刘武周也就没有任何顾虑了。不久，刘武周自立为帝，建元“天兴”，以善阳(今山西朔县附近)作为都城；册立其妻沮氏为皇后，任命卫士杨伏念为尚书左仆射，妹婿苑君璋为内史令，建立了初步的国家规模。与薛举、梁师