武德九年(626年)，突厥侵扰乌城，李建成推荐李元吉为统帅出兵抗敌，密谋请李世民到长安近郊的昆明池送行，乘机杀害。尉迟敬德听到这个阴谋，同长孙无忌立即禀告李世民说：“您如果不赶紧惩治他们，恐怕要被他们杀害，那么国家政权就危险了。”李世民叹息说：“现在他们二人离间陷害同胞兄弟，除灭君主的儿子，这种危机，大家从头至尾都很清楚。我虽然深遭他们忌恨，灾祸就在眼前，然而兄弟之情，始终令我不忍下手。我打算在他们先动手后，再按义理惩罚他们，您二位认为怎么样?”
尉迟敬德说：“人的本性怕死，大家情愿以死来侍奉您，这是上天的恩赐，如果上天给您却不接受，反而会受罪责。虽然顾及了仁爱的私情，却忘掉了国家的大事，灾祸来了不知担忧，快要灭亡却无动于衷，丧失作为人臣不避艰险的气节，不具备前辈圣贤大义灭亲的品德，这些我没听说过。我的想法是先下手杀掉他们，您如果不采纳我的意见，就请让我逃走，我不能坐等别人来杀。再说靠危难成就大业，是圣贤的高明主见;把灾祸变为福祉，是智士的天赋机敏。我如果逃走，无忌也要一起逃走。”
李世民还是犹豫不决，长孙无忌说：“您如果不采纳敬德的意见，我们就不再事奉您了。事情如果失败，您到底怎么办呢?”李世民说：“我刚才说的，还不能全然不顾，各位再商议吧。”尉迟敬德说：“您现在办事犹犹豫豫，不算明智;面对危难不能果决，不算英勇。您既然不采纳我的意见，就请您自己考虑，到底怎样保全国家社稷?到底怎样保全身家性命?况且外边的八百名勇士，现在已经全都进了皇宫，手握兵器身穿铠甲，事情发展到这一步了您怎么能够拒绝呢!”尉迟敬德又和侯君集日夜进言鼓动，这才让李世民下了决心。
当时房玄龄、杜如晦都被唐高祖李渊逐出了秦王府，不能再来。李世民叫长孙无忌去秘密地把他们请来，房玄龄等人回话说：“皇上诏令规定不许我们再事奉秦王，如果私自拜见，一定会杀我全家，不敢接受秦王的命令。”李世民大发脾气，对尉迟敬德说：“房玄龄、杜如晦难道要背叛我吗?”取下腰间的宝剑交给尉迟敬德说：“您去一趟，看他们要是没有来的意思，就斩下他们的首级带回来。”尉迟敬德又去通知长孙无忌说：“秦王已决定限期除奸，您应该按时进府筹划。我们四个人不能邀在一起走。”于是房玄龄、杜如晦道士打扮跟着长孙无忌进了秦王府，尉迟敬德也从另一条路进来了。
武德九年(626年)六月四日，李世民发动玄武门之变，李建成被杀后，尉迟敬德带着七十名骑兵跟着赶到玄武门，李元吉驱马向东逃跑，被乱箭射下马来。李世民骑马跑进树林，突然缰绳挂到树上被绊倒，不能起身。李元吉追上来抢夺弓箭，俯身下去要掐李世民，尉迟敬德驱马上前大声喝斥，李元吉撒腿就跑，想回武德殿，尉迟敬德赶上去一箭射死了他。
李建成、李元吉的部将薛万彻、谢叔方、冯立等人率领队伍来了，聚集在玄武门，杀死了屯营将军。尉迟敬德提来李建成、李元吉的首级给他们看，他们就撤走了。这时，唐高祖在海池上划船游览。李世民命令尉迟敬德去保卫皇帝。尉迟敬德身穿铠甲手执武器，直奔海池。唐高祖极度震惊，问道：“今天发动叛乱的是谁?你到这里来干什么?”尉迟敬德回答说：“由于太子、齐王发动叛乱，秦王派兵杀了他们，他担心皇上受惊，派我来执勤警卫。”唐高祖这才放心。南衙卫兵、北门羽林军以及东宫、齐王府、秦王府的将士还在混战，尉迟敬德奏请唐高祖亲笔写了道诏令，命令各部人马一并听从秦王处置，于是宫廷内外都安定了。
唐高祖慰劳尉迟敬德说：“你为国家立下了稳定政权的大功勋。”赏赐给他很多珍贵物品。李世民被立为太子后，尉迟敬德被任命为太子左卫率。当时的舆论认为李建成等人的一百多名部属，都应判处胁从罪而没收他们的家产充公，只有尉迟敬德坚持反对说：“两名罪魁祸首，已经惩罚完毕，如果再株连他们的部属，这不是稳定局势的政策。”这些人因此都免于处分。后来论功行赏，尉迟敬德和长孙无忌定为头等，每人赏赐了一万匹绢，齐王府的钱财器物，连同整个府第，都赏给了尉迟敬德。
