大业九年（613年），与辅公祏率众起义。后转战到淮南，渐渐扩张势力，自称将军，陆续合并苗海潮部、赵破阵部等起义军，势力大增，屯并六合，威胁江都，连败隋将宋颢、公孙上哲、陈棱等，在淮南的历阳自称总管，以辅公祏为长史，又合并江淮各部，占有江淮间广大地区。
大业十四年（618年），杜伏威向越王杨侗称臣，被封为楚王，拜东道大总管。武德二年，投降唐朝，授东南道行台尚书令、江淮以南安抚大使、上柱国，封吴王，赐姓李。次年，击败李子通，将根据地迁至江南的丹阳。武德四年，唐军攻围洛阳，杜伏威遣兵助战。
武德五年（622年）七月，召杜伏威入朝，临行前以辅公祏留守丹阳，将兵权交给右将军王雄诞，辅公祏心生不满。朝廷以杜伏威为太子太保兼行台尚书令，以示宠遇。武德六年（623年）八月，辅公祏伪称接到杜的命令起兵反唐，兵败被杀。不久，辅公祏伪造的书信被发现，李渊未辨真假便除去杜伏威之官，并籍没其家眷。
武德七年（624年）二月，杜伏威暴卒于长安。李世民即位后，知杜伏威冤，将其赦免。
人物生平
创业艰难
杜伏威是齐郡章丘县人，年轻时潦倒失意，也不经营谋生之业，家庭贫用不能养活自己，经常穿壁翻墙偷东西。与辅公祏是生死之交。辅公祏的姑姑家以牧羊为业，公祏多次偷羊来送给杜伏成，公祏的姑姑心有怨恨，于是告发了他们偷盗的事倩。郡县紧急追捕他们，杜伏威与辅公祏一起逃命，聚集了一帮人组成强盗集团，他当时年仅十六岁。
大业九年（613年），杜伏威逃窜到长白山（今山东章丘东北）地区，组织山贼，与辅公祏率众起义。
两人就近参加了一支小起义军，刚加入时只是小卒，但杜伏威十分勇猛，出则居前，入则殿后，很快就取得了大家的尊敬和信任，被推为首领，这是杜伏威势力的开始。江淮一带隋朝的力量比较强大，杜伏威意识到自己的小部队实力太弱，如果不尽快壮大就根本无法生存，于是努力寻找机会去联合和吞并附近的其他起义军。
比较典型的例子有两个，其一是下邳苗海潮，杜伏威派辅公祏对他们说：“现在我们共同遭受隋朝暴政之苦，各自为正义而起兵，力量分散势力薄弱，经常担心被抓获，为什么不联合起来使力量变得强大些呢，就不会担心隋军来制约我们了。如果你能够做首领，我定当恭敬地跟随您，如果你估量自己不能胜任，可以前来听从我的指挥，不然的话，我们就打一仗来一决高低。”苗海潮害怕了，立即率领他的同伙归附了杜伏威。
另一个例子是海陵赵破阵，赵破阵听说杜伏威的士兵少就轻视他，派遣使者召唤他，要求和他合并兵力。杜伏威命令辅公祏整肃军队屯驻赵营外以防事态变化，亲自带领十个将士带着牛肉和酒进去拜见。赵破阵非常高兴，拉着杜伏威进入营帐内，把所有的头目召集到一块，举行盛大宴会并尽情痛饮。杜伏威在席上斩杀了赵破阵，然后兼并了他的同伙。从此，杜伏威军队的势力逐渐强盛起来。
实力大增后，杜伏威自称将军，纵横淮南，屯并六合，威胁江都（在今江苏省扬州市境），江都留守派校尉宋颢前来镇压，杜伏威用计将其引入芦苇荡中，放火将其烧死，不久又屠安宜城。
死里逃生
大业十一年（615年）十月，东海李子通率所部万余人来淮南投靠杜伏威。这个李子通也是隋末一家反王，起兵时是依附在长白山（是山东的，不是东北那个）左才相手下，后来因为太得人心，被左才相嫉恨，只得离开长白山，这次到淮南其实有些逃难的意味。李子通部的加入使杜伏威势力增强，杜伏威当然高兴，不料李子通也是个胸有大志不肯屈居人下的人，竟然突然兵变，妄图吞并杜伏威的地盘。杜伏威措手不及，全军大乱，杜伏威本人在李子通的追杀下身负重伤，关键时刻，杜伏威的养子（杜在军中挑选壮士收为养子，共有三十余人）兼大将王雄诞背负他藏匿到芦苇丛中，侥幸躲过了追杀。这次兵变，杜伏威的势力受到很大打击，从此与李子通结仇。
祸不单行，趁杜伏威兵败，隋军也前来进攻，杜此时正在养伤，无法指挥，结果全军大败，其部将西门君仪的妻子勇而多力，背了杜伏威夺路而逃，王雄诞领着敢死队拼命断后，杜伏威这才逃得一命。
连败隋将
连续两次死里逃生，杜伏威部伤亡很大，失去了称霸的实力，只好四处游击，不断吸收流民加入以扩充势力。经过半年的恢复，杜伏威又有了数万人的实力，并控制了江都附近的六合县作为根据地。与此同时，左才相往来淮北，李子通占据海陵，都有数万兵力，江淮一带即以这三家起义军为首。
大业十二年（616年）七月，杨广因北方多事，不顾群臣反对，离开长安前往江都巡幸，杜伏威部正好就在江都眼皮底下，为了保障皇帝巡幸的安全，隋派出虎牙郎将公孙上哲率军前往镇压，双方战于盐城（今江苏盐城），公孙上哲军队被全歼，随后，大将陈陵带八千精锐讨伐杜，陈、杜多次交手，毕竟陈陵的军队训练和器械远强于杜，杜伏威军连连失利。但陈陵兵力不多，想剿灭杜伏威也不容易，双方打成僵持。
同年十二月，隋炀帝车驾到达江都，护驾骁果十余万人，声威赫赫。按理隋军应该军心大振，杜伏威难逃灭亡，不料正是杨广的到达给了杜伏威崛起的机会。正逢当年是荒年，老百姓本来就已无以为生，再被官府如此压榨，终于造成了一场大饥谨。据记载，老百姓先是吃树皮树叶，后煮土为食，“诸物皆尽，乃自相食”。大量百姓揭竿而起，杜伏威乘机吸收了大批手下，势力迅速膨胀。
这时杜伏威与陈陵强弱之势已经倒转，于是主动向陈挑战。陈陵也知道战局不利，因此龟缩不出，任由杜伏威自己去耀武扬威。杜伏威于是派使者给陈送了一套妇女衣裳，并送了陈陵个外号叫陈姥（就是陈老太太的意思）。陈陵怒火中烧，全军出战。这一仗打得十分激烈，杜伏威亲自上阵，不小心被一员隋将暗箭射中，杜怒吼说：“不杀了你，箭矢不拔！”，然后就直冲过去，把那吓呆了的射手斩于马下，又拿着那个弓箭手的首级连续杀了几十人，隋军士气大挫，被打了个全军覆没，陈陵单骑逃回江都去了。杜伏威趁势扩大战果，占据了高邮、历阳等重镇，并在历阳自称总管，封辅公祏为长史。
这时的杜伏威吸取了以前的教训，从部队中挑选最精锐的成员组成自己的卫队，称为 “上募”，兵力为五千人。杜把上募作为自己的子弟兵，平时非常宠爱，但要求也非常严酷，每作战必以上募为先锋，战后检查每人身上的伤痕，如伤在背后，即刻处斩，因为那表示其临阵退后。每次战胜，杜伏威都把抢掠到的资财赏给全军，如果手下战死，就以死者的财产甚至妻妾殉葬，因此杜所部皆为杜伏威尽死力，人自为战，所向无敌。杜伏威号令所到之处，江淮间各路小起义军争相归附，郡县纷纷投降。
经略江淮
随着势力和地盘的增长，始有士人（今称知识分子）投靠杜伏威，依靠这些士人，杜伏威放弃了以前的流寇式战术，开始努力建设自己的地盘。由于本身就深受赋税之苦，杜对领地内只收很低的赋税，同时，可能是出于贫苦农民对贪官污吏的先天仇恨，杜伏威下令凡官吏贪污者无论轻重一律处死，这当然是不太合理，但却使杜得到了人民的支持。
武德二年（619年）九月，李子通先下手为强，率主力围攻江都。陈棱兵微将寡，只得分别向杜伏威、沈法兴求救。二人均不愿李子通占领江都，于是都派出援军，杜伏威是亲自领兵，沈法兴则派出自己的儿子沈纶。如果只有一方派出援军，也许事情就简单得多，但既然双方都来了，结果就是谁也不动手，大家互相观望。
李子通抓住杜、沈双方互不信任的弱点，派出小部队化装成沈部夜袭杜伏威，杜伏威果然上当，怒火中烧下立刻突袭沈部，两路援军先打成一团。李子通于是得以全力进攻江都，陈陵势不能支，弃城而逃，投奔杜伏威去了。李子通占领江都后，以得胜之师进攻沈纶，沈兵败逃走。三大势力中本以杜伏威兵力最强，结果反而让李子通取巧占领了江都，杜伏威对此深恶痛绝，但大局已定，也只好愤愤收兵。李子通随即自称皇帝，国号吴。 这时李渊已经消灭了关西的割据势力薛举、李轨，开始谋求关东。李渊派出使者向杜伏威招降，杜伏威就于武德二年九月十二日（619年10月24日）宣布归降唐朝，受封为淮南安抚大使，后来又逐步升官到东南道行台、尚书令、楚王，最后在武德三年升级为总管江淮以南诸军事、吴王，赐姓李。当然，这种归降只是名义上的，李渊此时不可能来干涉杜伏威的事务，所以杜伏威仍然是一家独立势力。杜伏威为何在此时降唐，其理由历史中没有明确记载，当时李唐的势力还远未达到一统天下之势，比杜伏威自己也强不了多少，其老巢太原正被刘武周猛攻，河北窦建德、河南王世充也正在蚕食唐朝的地盘，别说统一，连李渊自己的生死都还是未知之数。杜伏威居然在此时降唐，应该说实在是眼光独到。不过由此可见，杜伏威此人并无天下大志，其起义只是形式所迫，所图的和翟让一样，在乱世中保全一方而已。
武德三年（620年）是乱世的高潮，天下局势已经明朗，李渊、王世充、窦建德三足鼎立之势已基本形成，三巨头之间摩擦不断，时刻准备决战。其他中小势力为求生存，也加剧了彼此的兼并，都力图在短期内壮大自己以增加自保的能力或归降的筹码。在这种背景下，李子通全力进攻沈法兴，渡江攻克了沈的重镇京口，又击杀了沈派来迎击的大将蒋元超，沈主力丧失殆尽，只得放弃丹阳、毗陵，逃回吴郡老家。趁李、沈交战，杜伏威以辅公佑为主将，阚陵、王雄诞为副将（这二人是杜的养子，军中号称大将军、小将军），领数千精锐进攻李刚刚夺取的丹阳。但时机没掌握好，沈法兴败得太快，李子通得以亲率主力数万迎战，军容极盛。辅公佑眼看众寡不敌，情急之下活用了杜伏威对上募的那套手段，辅挑选千人持长刀为前锋，又以千人紧随其后，自己领其余兵力再紧随其后，宣言说，前阵有退后者，后阵斩之。江淮军本就剽悍，再有如此严酷的军法，自然人人奋勇向前，尤其前锋的长刀阵更是有进无退。双方一接战，李子通部气为之夺，当即败退。辅公佑忘记了自己兵力过少，下令追击，结果反而被逼急了的李子通军击败，从追击者沦为逃跑者。当夜，李子通因取胜而轻敌，扎营不设防备，王雄诞力劝辅公佑夜袭，辅过于谨慎不敢出击，王雄诞干脆擅自领了几百人自行出击。王雄诞在李子通营中大肆纵火，李子通促不及防，大败溃散，几万人一夜间散个干净。这一仗是杜伏威与李子通的决战，关系到江淮的霸业，杜伏威先胜后败最后全胜，戏剧性地击破十倍于己的李子通主力。
武德三年六月初一（620年7月5日），唐朝徙封杜伏威为吴王，赐姓李氏，加授东南道行台尚书令。同年，击败李子通，将根据地迁至江南的丹阳（今江苏南京）。战败后，李子通守不住江都，只得主动撤往京口，又逃往太湖，江西之地尽为杜伏威所有。
李子通随即收集余部，又聚集了二万余人，这时李的地盘已归杜所有，势力又远不如杜，因此只好向沈法兴下手。李子通突袭沈法兴的老巢吴郡，沈根本没来得及恢复元气，自然不是李的对手，结果只剩几百人逃了出来，打算投奔同乡闻人遂安（闻人是复姓），不料又和闻人所部起了冲突，沈落水溺死，江淮三大势力之一的沈法兴就此了帐，从起兵到灭亡仅三年时间。
李子通灭沈法兴后势力又有所恢复，为永绝后患，杜伏威于武德四年（621年）十一月派王雄诞进攻李子通。李领精兵据守独松岭与王相持，王看出李色厉内荏，派人多造旗鼓，夜间则虚设灯火，尽力制造数十万大军的假象。可能是上次被夜袭留下了严重的心理阴影，李子通草木皆兵之下，居然自行烧了营帐，连夜全军撤退。王追击到杭州城下，李部崩溃，李子通穷蹙投降，被杜伏威献俘给李渊，就此被软禁在长安。
消灭李子通后，杜伏威又派王雄诞进攻江淮间其他独立势力。这时杜已是江淮霸主，其老板李渊更已经消灭大敌王世充、窦建德，天下大势已定，因此各势力如汪华、闻人遂安等纷纷投降，杜伏威完成了江淮的统一，尽有淮南江东之地。
晚景凄凉
武德五年（622年）夏，李世民率部平定窦建德余部刘黑闼和徐元朗，徐的地盘与杜伏威接壤，李世民借攻击徐圆朗之机，陈兵杜伏威境上耀武扬威。当此之时，隋末蜂起的各路反王大多已经烟消云散，梁师都、高开道、徐圆朗之辈或僻处边疆，或灭亡在即，唯一还能对李唐构成威胁的就是杜伏威了。杜自然明白李世民的用意，心中十分不安，担心成为李唐下一个进攻目标。为免嫌疑，杜索性上书李渊，请求入朝。李渊收到报告后自然高兴，批准杜伏威入朝，于是杜将江淮军交给义子王雄诞，自己带了少数亲信于当年七月到长安朝见李渊。
杜伏威的主动献忠心让李渊很是满意，同时也是为了在天下人面前做个样子，李渊加封杜为太子太保，位在齐王元吉之上（那应该就是仅次于李渊、李建成、李世民三人，为大唐第四号人物）。
这时在长安受到软禁的还有一个人，那就是当年的吴国皇帝李子通。李子通看到杜伏威为羁縻于长安，李子通料想江淮军没了首领，江淮的局势一定不稳，自己正可趁此良机回去混水摸鱼，集合旧部东山再起。李子通此人待下宽厚，能得士卒之心，如果让他逃回去，也许真能东山再起。可惜的是李逃到蓝田关时不幸被守关士兵发现，束手就擒后又被押回长安。李渊这次没再手下留情，给了李子通与李密相同的下场。
果然如李子通所料，杜伏威离开后，江淮军出了大乱子。当年创立江淮军时，最高领袖是杜伏威和辅公祏两个人，二人自幼为友，长大后又共同起义打天下，号称刎颈之交，辅比杜年长，杜就称辅为兄，军中称辅公佑为“辅伯”，辅的地位与杜相当。但随着势力的壮大，在权力的引诱下两人的友谊终于出现了裂痕，杜伏威认为辅公祏的地位过高影响了他的领导权，因此杜夺了辅的兵权，只让他担任位高而无权的仆射一职。辅公祏对此心中不平，于是借口与故友左游仙学神仙术，主动退出权力之争，平时不理政务。杜伏威临去长安时，将政务交给辅公祏，而将军务交给了自己的心腹义子王雄诞，同时秘令王监视辅。当年的好友如今竟成了提防的对象。
辅公祏毕竟不是甘心雌伏的人，杜伏威一走，他就和左游仙密谋发动兵变。辅公祏唯一的障碍就是王雄诞，王是杜伏威的义子和最宠爱的大将，绝对忠于杜伏威，王手握江淮军军权，不除掉他兵变就不可能成功。辅于是使出反间计，伪造了杜伏威的笔迹写信给王雄诞，信中无缘无故地责备王有贰心。王雄诞在战场上是有勇有谋的良将，但讲到政治斗争就不是对手了，收信后王非常伤心，就此托病在家不再沾手军务，大概是想以实际行动向杜证明自己的忠心耿耿绝无贰心。王的行为正中辅公祏下怀，辅就势接管了江淮军，又伪造了杜伏威密令，说在长安受到虐待，要辅公祏起兵造反（果然是自小的朋友，摹仿起笔迹来毫无破绽）。以辅公祏在江淮军中的号召力，加上又有杜伏威的密令（大家当然不知道那是假的），兵变非常顺利，江淮军于武德六年（623年）八月宣布脱离李唐重新独立，辅公祏自称皇帝，国号宋，以左游仙为兵部尚书。
直到辅公祏派人到王雄诞家中劝王归顺，王才终于明白自己上当受骗，但大势已去，已无法阻止。王尽忠于杜伏威，严词拒绝了辅公祏的劝降，终于被辅杀害。后来李渊和李世民感于王雄诞的忠心（其实是对杜伏威的，但李家父子误以为是对他们的），封了王的儿子为郡公，其子后来做到安西大都护。
自己的旧部造反，杜伏威在长安的日子自然可以想象，历史中倒也没有记载李渊是否因此而怪罪或处分杜伏威，但寄人篱下如坐针毡的滋味恐怕是免不了的。武德七年（624年）二月，杜伏威在长安暴卒，死因不明。据《新唐书》记载是杜伏威好长生药，误服云母中毒而死，只怕中毒是有的，但如何中的毒就很难说了。
武德七年（624年）春，唐军以赵郡王李孝恭为帅，李靖、李勣、阚陵为将对辅公祏发起总攻。这个阚陵也是杜伏威的义子，与王雄诞并称双雄，杜伏威入朝时与杜同去长安，因而逃过辅公祏的兵变。阚陵在江淮军中以勇武著称，平时负责军纪，有违反者无论亲疏一律法办，因此在江淮军内威望极高。两军对垒时，阚陵直接冲过去，摘掉头盔向对方大喝，“汝不识我邪？何敢来战！”江淮军军心散乱，甚至有就此投降的。
唐军兵强将勇，辅公祏连吃败仗，终于在武德七年（625年）三月投降，随后被处以死刑。大概是不甘心一个人上路，辅公祏向唐军主帅李孝恭揭发杜伏威才是谋反主谋，有密令为证（就是假造的那个），就是这回来的阚陵也是谋反中人。正好此前李孝恭在没收反贼家产时把杜伏威和阚陵的私产一并没收了，阚陵刚为此和李孝恭吵了一架，李孝恭趁此良机，就以谋反罪将阚陵处死，阚陵被捕前还以为自己破辅公祏有功等着论功行赏呢。阚陵是江淮军最后一员大将，随着他的死亡，江淮军从此烟消云散。李孝恭随即禀报李渊，说发现杜伏威才是谋反的幕后主谋，人证物证俱全，于是李渊动手剥夺了杜伏威的官职爵位并籍没其家眷。
贞观元年（627年），李世民即位，知道杜伏威和阚陵惨遭诬陷，为二人平反恢复名誉，以国公之礼下葬杜伏威。
家族成员
杜伏威有养子十三人，只有阚棱、王雄诞知名。
人物评价
《旧唐书》：杜伏威恃勇聚徒，见机归国，或致疑于高祖，竟见雪于太宗。
史书记载
《旧唐书·列传第六》
《新唐书·列传第十七》
艺术形象
武侠小说作家黄易于其作品《大唐双龙传》中，将杜伏威塑造成老谋深算、精明干练而且武功非凡的黑道霸主、义军领袖。他头顶高冠，容貌古朴，性格凶残，而且杀人如麻，唯独对主角寇仲及徐子陵有着复杂的感情，既讨厌而又欣赏他们，起初为了“杨公宝库”而胁持二人，考虑到方便在江湖上并行而迫令二人称自己为爹，但杜伏威大势已去后，雄心不再，反倒怀念二人之情，直接成为了二人的干爹。外号“袖里乾坤”，喜欢穿着宽袍大袖，两袖里暗藏尺许长的护臂，招式诡秘莫测，于小说中是当代高手之一。
人物影响
杜伏威在隋末暴政、群雄并起的时势下毅然起义，与辅公祏领导的江淮义军沉重打击了隋朝的统治，并建立了政权。虽然杜伏威志向不高，只求在乱世中保全一方，阻碍了统一的进程，但因江淮义军一定程度上消耗了隋军的有生力量，所以在一定意义上也为李唐王朝推翻隋朝、消灭诸义军并夺得天下做出了贡献。