卑沙城建在山顶上，四周都是悬崖，只有西侧相对平缓可以攀缘。大将程名振率军趁夜发起进攻，副总管王文度抢先登上城楼，攻克了这座山城，俘获男女八千口。
李世积等人继续向辽东城（辽宁辽阳境内）发展进攻。五月初八，高句丽派四万军队增援。
江夏王李道宗带领四千骑兵迎战，军中将领都认为兵力相关过于悬殊，劝李道宗先依托深沟高垒防御，待太宗抵达后再行反击。
李道宗说：“敌军仗恃人多，存有轻敌想法；远道兼程而来，士卒疲惫。我部身为前锋，应道廓清道路静候皇上，怎可把劲敌留给君父。”李世积同意他的看法，李道宗随即出战。
两军相接，果毅都尉马文举振臂高呼：“不遇强敌，怎显英雄本色。”纵马挥刀杀入敌阵，所到之处敌军纷纷坠马。唐军见他如此神勇，也紧跟着发起冲击。
混战中，行军总管张君乂向后退却，唐军作战不利。李道宗立即收拢被冲散的士卒，登上一处高坡眺望，看到高句丽阵形散乱，随即带领数十骁勇骑兵猛冲而下。李世积也挥军赶来助战，高句丽大败，被斩首数千级。
而此时的唐太宗已经带领第二梯队穿越两百里泥淖，渡过辽河，抵达马首山（在今辽宁省辽阳市西南）。得知前方唐军大捷，立即慰劳李道宗，破格提拔马文举为中郎将，处死了临战后撤的张君乂。
太宗亲率数百骑兵抵达辽东城，看到士卒正在背土填埋护城河，便从马上取下士卒的麻袋帮助运土，跟随他的官员见状，个个跳下马匹蜂拥着前去背土。
九五至尊不仅亲临前线，还与士卒共同劳动，太宗这一行为极大鼓舞了唐军士气！
李世积不分昼夜猛攻辽东城，高句丽善守之名绝非浪得，竟生生扛住了唐军一波又一波的攻击。十二天过去，城池仍未陷落。
太宗带领大军前来会合，把辽东城里三层、外三层围了个水泄不通，唐军攻城作战的鼓噪呼喊响彻天地。
五月十七日，南风迅猛。一名唐军勇士登上冲杆顶端，放火点着了西南面的城楼，火苗借助风势迅速烧进城内，守军乱作一团。唐军将士趁机登上城墙，高句丽力战不敌，城池遂被攻克。
此战，唐军斩杀万余人，受降万余人，获得男女四万，将辽东城改为辽州。
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