唐太宗李世民留大军于马首山，自将数百骑驰至辽东城下，对李道宗慰劳赏赐，超拜马文举为中郎将，并奖励了有功将士，处斩了临阵退却的总管张君乂。
辽东城对于唐.军是有特别的意义的，炀帝三征，均止步于辽东城，因此对于唐.军来说辽东城是必须越过的一道坎。
击退了高句丽援军以后，李勣当即指挥唐.军将士“负土填堑”， 准备向辽东城发起进攻。唐太宗李世民也在马上负土递送，于是，随从官员一起与将士负土致于城下。
不几日，城下沟堑俱被填满。接着，李勣下令先用抛车攻城。该攻城抛车体积庞大，可将重达 300余斤的巨石抛出一里之外，所至皆摧，高句丽守军十分惧怕。为了防御巨石袭击，守军用巨木在城上建筑遮挡的战楼并用粗大的绳索结网企图拦截飞石，但仍被抛车所发巨石击溃。随后唐.军又用撞车清除辽东主城左近的副楼，无不倾倒。就这样，唐.军接连攻城好十天，昼夜不息。
李勣与张俭等，率领骁锐与契丹等少数民族兵一起，攻辽东城南。李道宗和张士贵等，攻辽东城西，李宏基等率兵填其濠堑，唐太宗李世民亦率所统六军相助，将辽东城包围数十百重，水泄不通，鼓噪之声，震天动地。