丽北部将领高延寿和南部将领高惠贞率兵5万来援。
唐太宗将高延寿诱至安市城东南8 里处依山而列，然后命李绩率步骑1.5万阵于西岭，长孙无忌率精兵1.1万作为奇兵，从山北狭谷潜出，袭敌阵后，自己则率步骑4000人悄悄登上敌营北的高山，下令诸军以鼓角为号发起进攻。
高延寿集合所部准备向李绩发动进攻，但长孙无忌率部首先从敌背后杀出，唐太宗看见后即击鼓举旗，诸军鼓噪并进，高句丽兵惊慌失措，阵脚大乱，被杀2万余人。高延寿收拾残部依山继续抵抗。
唐军四面围攻，并毁东川桥梁截断其归路，高延寿走投无路，率3.68万人投降。但安市城守军拼死固守，唐军久攻不下，加上时至9月辽东天气已寒，军粮将尽，士马难以久留，唐太宗遂下令班师。
第一次东征高句丽至此结束。唐军第一次东征，出师10万余人，也算是唐军规模很大的一次军事行动。要知道，唐朝平定突厥所用兵力也不过10万，突厥可比高句丽强大多了。
但是，第一次东征却无功而返，虽然战术上取得了很大的胜利，连克高句丽不少城池，但是战略目的却没有达到，安市城久攻不下，导致唐军不得不回撤。这显示唐军的攻坚作