李世绩当机立断，决定绕过新城而向南攻击盖牟城，以实现从东面包抄辽东城的战略计划。这一招又给了高句丽一个措手不及，使新城与盖牟城两城守卫城池的军队均不知道如何是好，因而组织不起来有效的防卫与支援。攻城战斗从5月15日打响，到5月26日结束，一共用了11天时间。这表明高句丽守城的军队是十分的顽强的。这一仗，大唐军队俘虏了二万多人，缴获了粮食10余万石。

此后，盖牟城改名为盖州，纳入了大唐朝的版图。

第三战役，围点打援，力拔辽东城。

五月，李世绩在攻拔盖牟城之后，立即挥师西南，进攻到达辽东城下。

辽东城，是高句丽多年苦心经营的军事重镇，势在必守。为了保住辽东城，高句丽又从新城以及国内城两个城市调派了4万步兵、骑兵前来增援，从而不仅在军队数量上超过了李世绩统帅的大唐军队，而且迫使李世绩不得不面临东方、西方两线作战的不利形势。

面对这种情况，李世绩决定派遣李道宗率领4000骑兵，前去拦击敌人的援军，同时召开军事会议研究对策。军队中大多数人都认为，敌我众寡悬殊，打援的部队不宜出击，应该深挖沟高壁垒避免与敌人作战，等待皇帝率领大军到后再做打算。而李道宗却说道，敌军恃众，轻视我军，并且远道而来，疲困不堪，击之必败；况且我们是先头的部队，理所应当清除道路，迎接圣驾，怎么能把敌军留给皇上去打呢？李世绩很赞同李道宗的意见，决定主动出击，先打击援助的敌军，然后再进攻城池

李道宗率领骑兵向东迎击高句丽援助的军队，果毅都尉马文举率先冲进了敌人的阵地，所向披靡，极大地鼓舞了大唐军队的士气。两军接触战斗后，大唐军队行军总管张君乂畏惧敌人强大，向后败逃，使大唐军队处于不利局面。而李道宗却临危不惧，一方面收拾集合四散奔逃的士兵，稳定了军心；另一方面，观察别人的情况，寻找机会反击。当他登到高处发现高句丽军队阵地有些紊乱时，就亲自率领几十名骁勇的骑兵冲向敌阵，左出右入，使敌人军队乱作一团，很快就扭转了大唐军队的失败的形势。于是，双方扭战在一起，胜负难分。

此时的李世绩，正在远处观察双方交战的情况，选择驰援的最佳时刻。当他看到双方扭战在一起时，便认为时机已经到了，急忙率领大军勇猛的扑了过来。已经疲惫不堪的高句丽援军如何能够抵挡得住以逸待劳、生龙活虎的大唐军队呢？打了一会儿，便大败溃散奔逃，被杀1000多人。

在打败援军之后，李世绩便集中兵力进攻城池。

这时，唐太宗李世民也率领大军渡过辽水河，驻扎在马首山。他及时了解双方交战的情况，立即嘉奖了江夏王李道宗，破格提拔马文举为中郎将，处斩了临阵脱逃的张君乂，振奋了全军上下奋勇杀敌、立功报效国家的士气。然后，他亲自率领几百名骑兵来到了辽东城下，与李世绩会面，商讨进攻城池的方法战略。

李世绩指挥大唐军队昼夜不停地进攻城池。高句丽听说大唐军有抛车，可以将300多斤重的大石头抛出一里地之外，非常害怕，就在城上堆积木头作为战楼，以防止飞起来的石头打击进入。李世绩列出抛车发动石头，以击其城，飞起来的石头打到了城墙上就是一个大坑，打在木头上就将其打击得粉碎。他又组织了士兵推动撞车猛撞其楼阁，所碰到的无不倾倒。但是高句丽守城的军队十分顽强，城楼撞坏了又及时的修理恢复，使大唐军队无法登上城头，进攻到城内。

攻城的战斗打到了第12天，唐太宗李世民亲自率领铠甲骑兵一万多人与李世绩会合，将辽东城团团围住，喊杀声、锣鼓声震天动地。他发现这样强攻不行，决定采取火攻，就像三国时周瑜、诸葛亮火烧赤壁曹操军队一样。