长孙皇后的长子李承乾，性聪敏，太宗“甚爱之”。对于长子太宗夫妇寄予了厚望。在李承乾年幼时就给他找了侍读，又让陆德明，孔颖达教授承乾儒家典籍。太宗登基后便立李承乾为太子，十二岁时，太宗就开始有意识地锻炼承乾身为储君的政治能力了，下诏令承乾“宜令听讼”，还：“自今以后，诉人惟尚书省有不伏者，于东宫上启，令承乾断决。”后来又为他开设学馆并先后派遣房玄龄、魏征等重臣加以辅佐。李承乾身体不好，太宗舍不得让他多读书，但承乾并不因此放纵，反而在太宗问他治国策略时显示了才能。对此太宗非常高兴，特地对群臣炫耀了一把。贞观年间李承乾两次生病，太宗先后请道士，高僧入宫为太子祈福，承乾病愈后，又度了三千人出家，为他建造普光寺、西华观，并赦囚徒。长孙皇后去世后李承乾渐渐长大，开始不修德业，行为叛逆，太宗却依然对他宠爱纵容，直到李承乾谋反事败。然而太宗却不忍心依律将他处死，最终只是将李承乾废黜。在废太子诏中，太宗感叹“况乎冢嫡，宁不钟心”。虽然李承乾的作为伤了唐太宗的心，但在后来重新选立太子时，太宗却仍然念着他的安危，竭力保全。
长孙皇后的次子李泰，聪敏绝伦，“宠冠诸王”。太宗登基后改封越王，李泰所获封地多达二十二州，其他同时受封者却只有八州。后又加封其雍州牧，左武侯大将军，余官如故。雍州即长安京畿之地。因为太宗宠爱，李泰迟迟没有出阁之藩，连带李泰的儿子也被带入宫中抚养，长孙皇后亲自给其赐名“欣”。除了王府之外，太宗还将芙蓉园和东都洛阳一个坊及此坊所在之地，一并赐予了李泰。李泰喜好文学，太宗便为他设文学馆。李泰编写《括地志》成，太宗多次赏赐，以至用度超过了太子。因李泰体胖，未免儿子上朝辛苦，太宗特意赐给他辇。类似这种私爱不胜枚举。以至史官感叹“其宠异如此”。后来李泰夺嫡被贬，太宗却仍然认为“朕之爱子，实所钟心”，后来又对大臣表示自己“钟心念泰”只是为了社稷不能不忍痛割爱。没过多久，便又重新进封了李泰。
长孙皇后的幼子李治，太宗对他十分钟爱。为庆贺李治出生，太宗下令赐下是日生者粟。李治封号晋王，为并州都督。之后又加封右武侯大将军。长孙皇后去世时，李治年幼，在母亲的葬礼上，哀慕甚深，太宗见状，对他更是怜爱，后来便亲自抚养李治，在长孙皇后去世后多年，仍然舍不得他出阁，于是李治一直没有出宫到晋王府居住，一直到被立为太子。虽然住在宫中，但李治在宫外却有一座占一坊之地的王府。贞观十七年，李承乾被废，太宗开始想立李泰，大臣认为要先安置晋王，不然难以保全。李世民听后涕泪交下地“我不能”，为了使李承乾、李泰、李治这三个儿子都能保全，太宗便找来大臣定计立了李治。李治成为太子后，太宗对他的宠爱丝毫不减，即便李治已经纳妃生子，也不愿和爱子远离。导致大臣多次上书要求太宗让太子回东宫，不要总是留在身边过分溺爱，然而收效甚微。征辽期间，因为李治担心前线战事，太宗为他创飞表奏事，因为李治担忧太宗打仗不爱惜身体，太宗便不再身先士卒。一次李治久久没有回信，太宗在终于接到信后非常激动，回信写道“忆奴欲死”，“少顷忽得手书，忧惶一时顿解”。足见爱子之深。
太宗和长孙皇后另有四个女儿，长女长乐公主李丽质。美丽聪慧，太宗和长孙皇后“并所钟爱”，并在她出嫁时嫁妆逾制。长乐公主还曾协助长孙无忌等大臣劝太宗打消了分封功臣的想法。长乐公主因病去世，太宗非常悲痛，将她葬在了离元宫很近的地方。并打破皇子、妃嫔、公主只设一道石门的制度，设了三道石门，是昭陵已发掘的陪葬墓中仅此一例。
城阳公主是长孙皇后所生，太宗对她也非常喜爱，将她嫁给了杜如晦的嫡子杜荷，因为尚公主，杜荷得封郡公。后来因参与李承乾谋反案被赐死。太宗再次为她指婚，由于前段婚姻不顺，太宗特命人婚事占卜，欲破例黄昏行吉礼的婚制而改由白行吉礼，以期女儿有一段良缘。
晋阳公主李明达是唐太宗极其喜爱的女儿，长孙皇后去世后太宗“亲加鞠养”。年仅五岁的晋阳公主开始思念起了母亲。唐太宗外出巡幸都会带上晋阳公主，每次经过妻子生前到过的所游之地，都会告诉女儿，孝顺的晋阳公主控制不住自己的悲伤，哀哀地痛哭起来。晋阳公主和李治感情亲厚。李治上朝之前，晋阳公主哭着不舍哥哥离开。唐太宗见此情景也泪流满面。晋阳公主常常在太宗发怒时为大臣求情，晋阳宫中常常临摹父亲的飞白体，久而久之写字时便有了太宗的风格。将太宗和晋阳公主的字出示大臣，大家都无法辨别。然而晋阳公主未及出嫁就去世了，太宗万分悲痛，连续一个月没法进食，身形消瘦，大臣见状纷纷进谏，但唐太宗却对来劝勉的臣子叹道：“你们的那些道理，其实我都明白。我也知道人死不能复生，再怎样的悲伤都与事无补，但是不知道为什么，我就是控制不住这种悲伤啊。”最后太宗下令用晋阳公主汤沐之资，在公主墓旁修建佛寺，给早夭的女儿追福。
新城公主，初封衡山公主，打破了名山大川不得作为封号的规定。公主墓志记载其册封后便“汤沐增赋”，可知新城公主和姐姐晋阳公主一样年纪就有了实封。
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