Năm Vũ Đức thứ 9 (626), Trưởng Tôn Vô Kỵ là một trong ba người, cùng Phòng Huyền Linh và Đỗ Như Hối, khuyên Tần vương Lý Thế Dân nên động thủ trước, trừ khử Thái tử Lý Kiến Thành và Tề vương Lý Nguyên Cát. Đó gọi là Sự biến Huyền Vũ môn.

Khi ấy, Tần vương Lý Thế Dân công lao hiển hách, khiến Thái tử Lý Kiến Thành e ngại, sợ Lý Thế Dân tranh đoạt vị trí của mình, nên cùng Tề vương Lý Nguyên Cát thường xuyên gây khó dễ cho Lý Thế Dân, những lúc bàn chuyện chính sự đều khiến Lý Thế Dân nơm nớp lo sợ. Phòng Huyền Linh nói với Vô Kị: "Nay hai vị điện hạ đã kết oán, một khi không thể vun vén ổn thỏa, không chỉ Tần vương phủ này giữ không nổi, mà còn ảnh hưởng đến căn cơ Đại Đường. Chi bằng hai ta khuyên bảo Tần vương, làm cái việc của Chu công, bình ổn tình thế.". Vô Kị đáp lại:"Ta cũng sớm có ý này, chỉ là vẫn luôn không dám nói, ngươi nói đang cùng ta tâm ý."[1].

Sau khi bàn bạc lại với Đỗ Như Hối, cả ba quyết định khuyên Tần vương Lý Thế Dân ra tay trước. Thế nhưng Lý Thế Dân vẫn thoái thác, việc vẫn chưa định.

Sau đó không lâu, Lý Kiến Thành hạch tấu Đường Cao Tổ, bắt trục xuất Phòng Huyền Linh và Đỗ Như Hối ra khỏi phủ, do đó mưu thần bên cạnh Lý Thế Dân chỉ còn lại Vô Kị. Thấy tình thế chuyển biến ngày càng xấu, Trưởng Tôn Vô Kị cùng cậu Cao Sĩ Liêm và Hầu Quân Tập, Uất Trì Kính Đức ngày đêm trù tính khuyên Lý Thế Dân hành động. Lúc này, Thái tử Lý Kiến Thành lấy danh nghĩa đột phá Đột Quyết, đề cử Tề vương Lý Nguyên Cát Bắc chinh, lại điều động quân của Tần vương Lý Thế Dân, là muốn nhân khi đưa tiễn phục binh triệt hạ Tần vương. Đến lúc này, Lý Thế Dân mới quyết, sai Vô Kị bí mật triệu hời Phòng Huyền Linh và Đỗ Như Hối[2].

Ngay tháng 6 năm ấy, Tần vương Lý Thế Dân phái Vô Kị, cùng Uất Trì Kính Đức, Hầu Quân Tập, Trương Công Cẩn (张公谨), Lưu Sư Lập (刘师立), Công Tôn Vũ Đạt (公孙武达), Độc Cô Ngạn Vân (独孤彦云), Đỗ Quân Xước (杜君绰), Trịnh Nhân Thái (郑仁泰) và Lý Mạnh Thường (李孟尝) phục kích tại Huyền Vũ môn, thành công giết chết Thái tử Lý Kiến Thành cùng Tề vương Lý Nguyên Cát.

Đường Cao Tổ hoảng hốt, lệnh sắc phong Tần vương Lý Thế Dân làm Thái tử, phong Trưởng Tôn Vô Kị làm Thái tử Tả thứ tử (太子左庶子).

Tháng 8 năm đó, Thái tử Lý Thế Dân lên ngôi, tức Đường Thái Tông. Ông lập Trưởng Tôn thị làm Hoàng hậu, còn Trưởng Tôn Vô Kị được phong tả Vũ hầu Đại tướng quân (左武侯大将军). Khi biết sự biến chấn động, Yên quận vương La Nghệ do ủng hộ Lý Kiến Thành đã bất bình, quyết định tại U Châu tạo phản, Vô Kị hành chức Hành quân Tổng quản, chinh phạt La Nghệ.