谷州的治所在新安县（今河南省洛阳市新安县）。新安县地处谷水（今涧河）流域，是唐代洛阳西部的门户，地理位置十分重要。根据《旧唐书·地理志》和《新唐书·地理志》的记载，谷州下辖的县有谷州治所新安县，即今河南省洛阳市新安县。渑池县即今河南省三门峡市渑池县。福昌县即今河南省洛阳市宜阳县西部。永宁县即今河南省洛阳市洛宁县。长水县即今河南省洛阳市洛宁县西南。
谷州（新安县）地处洛阳西部，是通往关中的咽喉要道，战略地位极为重要。王世充为打通西进之路，冬十二月率军大举进攻谷州。
面对王世充的来犯，任镶深知责任重大，谷州若失，关中门户洞开，会对唐朝构成极大威胁，于是决心死守。
王世充大军抵达谷州城下，列阵如云，旌旗蔽日。他命士兵在城外高喊：“任镶速降，免你一死！”
然而，任镶立于城头，冷笑道：“王世充，逆贼也！吾受唐主厚恩，岂能降你？”
王世充大怒，下令攻城。隋军以云梯、冲车为先锋，弓箭手压阵，向谷州城发起猛攻。城下箭如雨下，城上守军则以滚木礌石还击，战况异常激烈。
任镶亲自督战，命士兵以火油浇灌云梯，焚烧隋军攻城器械。他又命精锐弓弩手埋伏于城垛之后，专射隋军将领。隋军数次登城，皆被击退，死伤惨重。
战至第三日，王世充见强攻不下，改用围困战术，企图断绝谷州粮道。任镶识破其计，命城中百姓夜间以绳索垂下城墙，偷袭隋军粮队，烧毁其粮草。
任镶见隋军士气渐衰，决定主动出击。他挑选精兵千人，趁夜出城，突袭郑军大营。郑军猝不及防，营中大乱。任镶亲率骑兵冲杀，直取王世充中军。
王世充见势不妙，仓皇撤退。隋军溃不成军，丢盔弃甲，逃回洛阳。此战，任镶以少胜多，斩杀隋军数千，缴获器械粮草无数。
此战，任镶善于用兵，既能坚守城池，又能主动出击，偷袭隋军粮队，使其后勤补给中断，军心涣散。展现了高超的军事才能。王世充则低估了任镶的决心与谷州的防御能力，盲目强攻，导致损失惨重。
谷州之战是唐初统一战争中的一场经典战役。任镶以智勇双全的指挥，击退了王世充的三万大军，为唐朝的最终胜利奠定了基础。千载之下，这段历史仍令人感慨不已。任镶的英勇事迹被载入史册，成为唐初名将的典范。
王世充隋朝残余力量侵犯谷州失利导致其军队损失惨重，严重削弱了东都洛阳的军事实力。这使得他在后续与唐朝的对抗中处于更加不利的地位。此次战败对王世充军队的士气也造成了打击，部分将领和士兵可能对王世充的领导能力产生怀疑，甚至出现叛逃或投降唐朝的情况。此次失利使王世充在战略上陷入被动，难以再主动出击，只能采取守势，进一步压缩了他的生存空间。
谷州之战的胜利巩固了唐朝在河南地区的防线，确保了关中与中原地区的联系畅通，为唐朝进一步统一全国奠定了基础，唐朝在谷州之战中展现出的军事实力和组织能力，增强了其他割据势力对唐朝的敬畏，为后续招降纳叛创造了有利条件，为不久之后，李世民发动对洛阳的总攻奠定了基础。
谷州之战的军情战报传回长安，唐朝朝廷非常高兴，下令赏赐任镶等有功将士。
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