كما شارك مع قريشٍ في غزوة الخندق وكان قائد الفرسان الذين حاولوا اقتحام خندق المدينة، وكان قائدًا للفرسان الذين حاولوا منع المسلمين من دخول مكة في أثناء ما عُرف لاحقًا بصلح الحديبية.
وفي تلك الفترة الزمنية كان خالدٌ يفكر جديًّا في اعتناق الإسلام وانشرح صدره له أكثر عندما قرأ كتاب أخيه وسُرّ من سؤال النبي عنه ومقولته في حقه، وخرج من فوره من بيته ولقي في عثمان بن طلحة وذكر له ما عَزم عليه؛ فشجعه على قراره واتفقا على الخروج سويًّا للمدينة لإعلان إسلامهما وفي أثناء ذلك التقيا بعمرو بن العاص الذي رافقهما للمدينة لذات الغاية.
وصل الثلاثة المدينة ودخلوا على رسول الله في أواخر السنة السابعة للهجرة وأعلنوا إسلامهم، فقال الرسول لخالد بن الوليد: “الحمد لله الذي هداك قد كنتُ أرى لك عقلًا رجوتُ ألا يسلمك إلا إلى خيرٍ”، ثم طلب خالد من رسول الله الاستغفار له وأصرّ على ذلك بالرغم من أن الإسلام يجب ما قبله، وفي هذه المناسبة أطلق عليه الرسول سيف الله حين قال: “نعم عبد الله خالد بن الوليد سيفٌ من سيوف الله”، وبهذا تنتهي قصة إسلام خالد بن الوليد ليبدأ حياةً جديدةً في الدفاع عن الإسلام والمسلمين.