拆毀橋梁，以堅定士兵們背水一戰的決心，軍隊駐紮在馬首山。太宗慰勞賞賜江夏王李道宗，破格提拔馬文舉為中郎將，將張君乂斬首。太宗親自率領數百名騎兵抵達遼東城下，看到士兵們背負泥土填充壕溝，便撿起其中最重的一塊，在馬上托著，隨從官員紛紛爭著背負泥土送到城下。李世積攻打遼東城，日夜不停，曆時十二天，太宗率領精銳部隊前來會合，將遼東城包圍了數百層，鼓噪聲震動天地。甲申日，南風猛烈，太宗派遣精銳士兵登上衝竿頂端，點燃遼東城西南樓，大火蔓延到城中，太宗趁機指揮將士登城，高麗軍隊奮力抵抗但無法抵擋，遼東城被攻克。此戰殺死高麗士兵一萬多人，俘獲成年男子一萬多人，男女百姓四萬多人，太宗將遼東城改為遼州。
乙未日，唐軍進軍白岩城。丙申日，右衛大將軍李思摩中了弩箭，太宗親自為他吸吮淤血；將士們聽說後，無不感動。烏骨城派遣一萬多名士兵為白岩城聲援，將軍契苾何力率領八百名精銳騎兵迎擊。契苾何力奮勇衝入敵陣，被長矛刺中腰部；尚輦奉禦薛萬備單人獨騎前往救援，從萬軍之中將契苾何力救出返回。契苾何力更加憤怒，包紮好傷口後繼續作戰，隨從騎兵奮勇出擊，最終擊敗高麗軍隊，追擊數十裡，斬首一千多級，直到天黑才收兵。薛萬備是薛萬徹的弟弟。
六月丁酉日，李世積攻打白岩城西南角，唐太宗親臨西北城外督戰。城主孫代音暗中派心腹前來請求投降，到了城下，扔下刀斧作為信物，說道：“我願意投降，但城裡還有人不願意。”太宗把唐朝的旗幟交給來使，說：“真心投降的話，就把這麵旗插在城頭上。”孫代音插旗後，城裡人誤以為唐軍已經登城，都紛紛歸順。
太宗攻克遼東城時，白岩城也曾請求投降，後來卻反悔了。太宗痛恨他們反複無常，於是下令軍中：“攻破城池後，男女財物全部賞賜給士兵。”李世積見太宗要接受孫代音的投降，趕忙率領幾十名身披鎧甲的將士請求道：“士兵們冒著箭雨石頭奮勇作戰、不顧生死，就是貪圖繳獲的財物；如今城池即將攻克，怎麼能突然接受投降，讓士兵們心寒！”太宗下馬道歉說：“將軍說得對。但放縱士兵殺人、掠奪他們的妻子兒女，是我不忍心做的事。將軍部下有功的人，我會用國庫的財物賞賜，就當是借將軍的情麵赦免這座城吧。”李世積這才退下。白岩城共有一萬多男女百姓，太宗在水邊搭起帳篷接受投降，還賜給他們食物，八十歲以上的老人都按等級賞賜了絲帛。其他城池派駐在白岩城的士兵，太宗都加以安撫，發給糧食和武器，任由他們前往想去的地方。
此前，遼東城長史被部下殺害，他的侍從官護送長史的妻子兒女逃到了白岩城。太宗憐憫他的忠義，賞賜給他五匹絲帛，為長史製作了靈車，送回平壤。太宗將白岩城改為岩州，任命孫代音為刺史。契苾何力傷勢嚴重，太宗親自為他敷藥，並派人抓到了刺傷契苾何力的高突勃，交給契苾何力讓他親手殺死。契苾何力上奏說：“他為了自己的主人冒著生命危險刺傷我，是個忠勇之士，我和他素不相識，沒有冤仇。”於是赦免了高突勃。
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起初，莫離支派加屍城的七百人駐守蓋牟城，李世積將他們全部俘獲，這些人請求參軍報效唐朝。太宗說：“你們的家人都在加屍城，你們為我作戰，莫離支一定會殺死你們的妻子兒女。為了得到一個人的力量而毀滅一個家庭，我不忍心這樣做。”戊戌日，太宗賞賜他們糧食後全部遣送回去。
己亥日，太宗將蓋牟城改為蓋州。
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