薛仁贵等人保住白岩城后，留下王心鹤继续守城，他便率领部下返回辽东，与张士贵会合。在这期间，辽东城已经被张士贵率军攻占，这座战略要地回到了大唐的怀抱。
消息传到平壤城，渊盖苏文坐不住了，急忙叫来乙支文德商量对策。
渊盖苏文说：“现在唐军甚是猖狂，已经占领辽东好几座城池，大有向安市城合围的趋势，应该如何退敌呢？”
“莫离支，当务之急是守住安市城，要想守住安市，目前唯一的办法就是命令北部都督高延寿，和南部都督高惠真率领十五万人马前去挽救，一定要保住安市城，否则高句丽就要亡国了。”
“现在只能这样了，传我将令，命令高延寿、高惠真火速支援安市城，不得有误，否则斩首！”
“是！”
高延寿和高惠真接到命令后，连夜整顿兵马，便率领十五万大军前往安市城四十里的地方安营扎寨。
贞观十九年六月二十一日，李世民亲率大军从白岩城出发，经过一天的急行军，就到达了安市城北，随后他便召开了作战会议。
李世民说：“现在我方在安市城的兵力有多少？”
李绩说：“圣上，我军总共有六万人的陆军，和四万人的水军，现在水陆两军还没有汇合，所以进攻安市城的兵力顶多只有五万，一部分要负责粮草辎重的运输，一部分要留在外围防止敌军两面夹击，所以投入战斗的只有三万人马。”
“是啊！我们这次是远征，兵力跟敌方比起来是一比五，所以说得上是相当凶险，不过朕依然持乐观态度。现在留给高延寿、高惠真的有三条路，第一是将兵马从前沿连接到安市城，然后占据有利地形死守不出，同时派兵抢夺我军的牛马，使我军久攻不下，退无可退，这是上策。第二是率领城中的居民连夜逃跑，这是中策。第三是敌军仗着人马是我军的五倍，选择和我军决一死战，这是下策，不过高延寿、高惠真必然会选择这一条道路，和我军死磕到底，现在我军已经了解到敌方的企图，所以必定会取得胜利。”
众位将领齐声说：“大唐必胜，扬我大唐军威！”
李世民继续说：“要想以少胜多，就应该有一个周密的部署，阿史那社尔大将军！”
“末将在！请圣上吩咐！”
“你率领一千五百人前去挑战，记住只许败不许胜，目的是让敌方轻敌。”
“是！”
“李绩将军！”
“末将在！”
“你率领一万五千人的骑兵前去西岭布阵。”
“是！”
“长孙无忌将军！”
“臣在！”
“你率领一万一千名奇兵，从山北穿越峡谷，然后向高句丽军阵进行冲击，这一战胜利与否，就看你能不能迂回到敌人大后方，将敌军的后路切断，千万不能掉以轻心。”
“臣知道了。”
“张士贵将军，你就率领本部人马，跟随李绩将军冲锋陷阵，尽最大可能歼灭敌人。”
“是！”
李道宗说：“圣上，渊盖苏文将所有精锐全部调往安市城，平壤城必定处在空虚之中，要不我亲自率领五千精兵直取平壤，生擒渊盖苏文，一举荡平高句丽，不知圣上一见如何？”
李世民想了一会，说：“现在兵力严重不足，如果再分兵，风险实在太大，还是稳扎稳打比较安全。”
由于李世民没有采取李道宗的建议，所以让高句丽又存在了二十来年。
随后，李世民说：“朕亲自率领四千人马前往北山，亲自为将士们摇旗助威，胜利必定属于大唐。”
阿史那社尔接到命令后，马上率部前去袭扰，由于他的节节败退，让敌方误以为唐军不堪一击，于是率军追来，直到离城八里远的六山，才依山摆开阵势，这样一来，敌军的阵势就长达四十公里，很容易被唐军各个击破。
与此同时，长孙无忌率领的一万多人马，成功绕道敌人后方，拆除了所有桥梁，切断了高延寿、高惠真的归路。
李世民率领四千大军来到北山，见峡谷中扬起的尘土，知道长孙无忌已经完成了大包围，于是他亲自敲响了战鼓。
顿时，战鼓声、胡笳声齐鸣，唐军各路人马像潮水一般冲进敌阵，高延寿知道自己十五万人的兵马，已经被李世民率军包围，不觉大吃一惊，急忙命令士兵调整队形进行抵抗。
由于在调兵的过程中出现了混乱，就在这时，天上突然雷电交加，阴云密布，眼看就要下起滂沱大雨，李绩见进攻的时机已经成熟，于是下达了进攻的命令。
薛仁贵身先士卒，骑着白马手持方天画戟冲进敌阵，由于他一身白袍，在昏暗的天空下被雷电照射得耀眼，所到之处，敌军纷纷逃走，来不及逃走的已经变成了刀下亡人。
李世民在北山看的真真切切，见敌方阵型也乱，于是率领四千兵马冲下山来，对敌军的侧翼展开了有力的进攻。
而长孙无忌则从后方发起进攻，李绩所部从正面推进，高句丽军在唐军的三面围攻之下，被斩杀两万余人。
高延寿不得不收拾残兵，依山进行防守，然而这并不能改变他本人的命运。
由于唐军已经将高延寿、高惠真的十五万人分割开来，再也不可能进行有效反击。
经过两昼夜的战斗，高延寿见大势已去，不得不率领余部投降。
李世民接到高延寿投降的消息，十分高兴，将两人叫到身边，说：“你们两人投降了就好，朕不会亏待你们，既然投降了，朕就授予高延寿将军为鸿胪卿，高惠真将军为司农卿，你们满意吗？”
高惠真说：“满意，这个结果大大出乎罪臣的意外。不知圣上如何处理降卒？”
“对于负隅顽抗的自然是处决，另外朕准备将酋长授予军职，迁回中原定居，你们两人自然也在迁居之列，其他人等全部遣返回平壤。”