少年时豪爽放荡，不事生产，与临济牧羊人辅公?结为生死之交，辅公?多次偷姑家的牧羊接济他。
隋朝末年，由于政治腐败、民生凋敝，农民起义此起彼伏，群雄割据，社会动荡。大业七年(611年)和九年(613年)，山东相继爆发了王薄、窦建德、张金称、孟海公、孟让、郭方预、郝孝德等领导的农民起义。隋朝大业九年(613)九年十二月，杜伏威和好友辅公?在众多农民起义的影响下，反入长白山(今章丘县境内)投奔左才相（左君行）部农民起义军。杜伏威自幼机智多谋、豪爽侠义，与辅公?有刎颈之交。他俩当时生活都很贫困，杜伏威便经常用计劫富自给和散给其他贫苦人。他16岁那年，因劫富事发，被郡县缉捕，便自己组织起义队伍。每逢作战或有其他行动，杜伏威都“出则居前，入则殿后”，很受起义群众拥护。投奔左才相起义军后，杜伏威本想随其大干一场，不料却长时间得不到信任。后来该军被隋将张须陀、来护儿大军围剿。于是，他便率部突围离开长白山，自称将军，转战淮河流域，处处与官府作对。他足智多谋，勇敢善战，出则居前，入则殿后。
大业十年(614年)十二月，杜伏威到达淮北。这时，苗海潮领导的农民起义军正在下邳(今江苏邳县)一带活动。杜伏威为壮大起义力量，便建议两军会合共同抗隋。他通过辅公?向苗海潮提出：“如果你能为主帅，我们乐于听命，否则，你就要听我们指挥。再不然就较量一下，谁强就听谁的”。苗海潮自知兵力较弱，便同意合并，并听从杜伏威指挥。此后，杜伏威率起义军进军淮南。江都通守派校尉宋颢率兵赶来镇压，被杜伏威引入芦荡，然后从上风纵火，烧死、杀死隋军无数，打胜了进入淮南的第一仗。接着，杜伏威以火并的方式，杀了企图谋害他的海陵起义军首领赵破阵，合并赵部义军。从此，杜伏威所领导的江淮起义军声势日渐浩大。
大业十一年(615)，在长白山坚持斗争的另一支农民起义军李子通部亦转战淮南与杜伏威汇合，声威大震，成为江淮间起义军主力。不久，李子通企图吞并杜伏威部，对杜部进行突然袭击，杜伏威受重伤。隋军乘机攻击，杜部惨败。杜伏威幸得部下西门君议之妻王氏，骁勇有力，背负杜伏威突围。其亲信王雄诞率壮士10余人断后，死战得脱。突围后，杜伏威集结余部，以六合(今江苏省六合县)为据点，重整旗鼓。大业十三年(616)与隋军激战于盐城(今江苏省盐城市)，全歼公孙上哲所部，军威重振。
大业十三年(617年)正月，隋炀帝在几次围剿杜伏威的江淮起义军都未奏效之后，急遣右御卫将军陈棱领精兵8000余人前来讨伐。陈棱多次镇压过农民起义军，很有作战经验。与杜伏威对阵，陈棱不敢应战，以逸待劳，准备磨掉起义军的锐气。杜伏威便设计送他一套女人衣服，称他为“陈姥”，终于将其激怒，率全军出战。杜伏威和辅公?各带数百人冲入陈军阵中，左冲右突。拼杀中，杜伏威头部被陈?部将射中，血流不止。这使他怒不可遏：“不杀你，我决不拔出此箭!”，于是不顾一切追了上去，抓住射箭的陈将，先让他拔去箭，然后杀了他，携其首级在棱军中示众，大大削减了棱军的士气，并一路斩杀数十敌军。起义军将士在其勇威的感召下，奋力冲杀，大获全胜。大破隋名将陈棱。隋后，杜伏威挥师长驱，破高邮(今江苏省高邮县)，占历阳(今安徽省和县)。在历阳，杜伏威建立农民革命政权，自称大总管，以辅公?为长史，派各路将领进兵江淮各县， 合并了许多小股农民起义军，杜伏威严明法纪，进用 “士人”，减免赋税，惩治贪污，使当地气象一新。从而成为江淮地区队伍最大、影响最广的农民起义力量。
正当义军大发展之际，杜伏威忽改初衷，于大业十四年（618）上表归降朝廷。被任为东南道大总管，封楚王。
唐武德三年(620年)，杜伏威派辅公?率大军渡过长江，围攻已建国称帝的起义将领李子通。杜伏威义军与十倍于己的李子通义军血战江都，最终获胜，杜伏威顺利地进占丹阳(今南京)，并建国称吴。建国后，杜伏威进行了一系列变法改革，加强政权建设。他选拔、重用了一批有用的政治、文化人才；鼓励发展手工业；实行赋税改革，实行“薄赋敛”政策；废除残忍愚昧的殉葬法；严惩奸盗及贪官污吏等等。使所统治区域，出现了经济复兴、社会安定的繁盛局面。不久，秦王李世民率唐军围攻王世充，派使来劝降杜伏威。唐高祖李渊派使拜其为东南道行台尚书令、江淮以南安抚大使、上柱国。又封他为吴王，赐姓李氏。并封他的儿子杜德俊为山阳公，赐帛5000段、马300匹。在优厚的赏赐面前，杜伏威终于同意降唐了。其后，他派自己的养子、部将王雄诞俘李子通于杭州，又派部将陈正通、徐绍安俘王世充于梁郡，做为入唐的进见礼。
降唐后，杜伏威被留居唐都长安，拜为太子太保，兼行台尚书令，位在齐王李元吉之上。杜伏威好神仙长生术，武德七年（624）二月因食云母受毒猝然死亡。时，辅公?率部诈称杜意反唐，于是唐高祖降杜罪名。【又说：武德七年(624年)二月，他因辅公?反唐被李渊毒死。】贞观元年（627），太宗知其冤屈，诏复官爵，以公礼改葬，仍还其子山阳公封爵。
也是《大唐双龙传》中人物，是寇仲徐子陵的义父，武器为袖中的一对护臂，被称作“袖里乾坤”
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