窦建德见罗艺归唐，大怒不已，遂于十二月率军十万进犯幽州。罗艺用部将薛万均之谋，以残兵临水背城为阵，窦建德果然引兵渡水，待窦军半渡之际，埋伏在城侧的薛万均薛万彻兄弟率百名精骑袭击，大破窦建德军。窦建德军不能近幽州城，便分兵攻打霍氏城堡和雍奴等县，又败于罗艺。双方对峙百余日，建德终未得手，只得回兵乐寿。
唐武德二年十月初四，唐廷赐罗艺姓李，封为燕郡王，自此，罗艺改名为李艺。
初六，李艺率军在衡水击败建德军。武德三年五月，窦建德遣其部将高士兴攻打幽州，被李艺击退，退军笼火城。李艺率军奔袭而至，大破其军，斩首五千级。十月，窦建德率领二十万大军再次攻打幽州。夏军攻势甚猛，有的士卒已登上城堞，城危之际，又是薛万均、薛万彻兄弟率死士百人从地道潜出，迂回到窦军背后，突然发动袭击，窦建德军败逃，被斩首千余级。李艺率军乘胜逼近窦建德军大营，窦建德在营中列阵，填平壕沟反击，李艺军大败，窦建德追至幽州城下，攻城不克，只得撤还。十二月初四，李艺再次袭击笼火城，再败窦建德军。李艺归唐不过三年，数次击退窦建德军对幽州的袭扰。其时夏军纵横往来于河北、山东之地，所向皆克，唯独幽州屡攻不克，南顾之忧，如芒刺在背。从某种意义上，李世民能在武牢一战击败夏军，与李艺的遥制也不无关系。
武德四年七月，窦建德兵败被杀于长安，其藏匿民间的旧将惧怕唐朝官吏追杀，推举原窦建德部将刘黑闼为主帅，于十九日起兵反唐。二十二日，唐命淮安王李神通为山东道行台右仆射，率兵征讨。八月，刘黑闼拥众两千，于漳南筑坛祭奠夏王，自称大将军，一时之间河北之地尽皆变色。武德遂诏发关中步骑三千人，命将军秦武通、定州总管李玄通率军征讨，同时又命李艺引兵南下，会剿刘黑闼。
九月，李神通率关内兵到冀州，与李艺军会师，又征调邢、洺、相、魏、恒、赵等州兵共5万余人，与刘黑闼军战于饶阳城南。唐军列阵十余里，刘黑闼兵势弱，沿河堤成单行阵以拒唐军。时值风雪交加，李神通乘风进击，不久风向逆转，刘黑闼趁势反击，唐军大败，兵马军资损失三分之二。李艺居阵西，进破刘黑闼部将高雅贤，大败其军，追击数里方得知大军失利，遂退保藁城。刘黑闼率军猛攻李艺军，李艺军不敌，部将薛万均、薛万彻皆败，李艺见大军不利，只得率军撤回幽州。此战成就了刘黑闼的威名，亦为淮安郡王赢得了个“草包王爷”的“美誉”。
十一月，唐北平郡王蔚州总管高开道北连突厥，南结刘黑闼，起兵反唐，复称燕王，攻易州不克，大掠而去。又遣其将谢稜向李艺诈降，请其出兵救援，李艺不知有诈，出兵接应，于桑干河南岸被谢稜袭败。此后，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，列营水岸进逼刘军。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。天策府将领张亮到他营中公干，他竟令其足足等了两个时辰，见面后张亮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，过了些日子在李建成的请求下才将他释放，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。