攻城的战役在第二天午后开始，我大军集结力量攻打东南方向的几座城门，但刚开始攻打时候，战事进行的并不顺利，平壤城城高墙厚，城内的守军又数次经历过被唐军围城的境况，守城经验非常丰富，庞同善和郭待封在指挥将士们攻打了两天，没能攻陷任何一座城门，还折损了数千将士，只得暂时罢兵，伺机再攻，并派人急传原本应该比他们早抵达平壤的浿水道大军增援。

浿水道的大军比预期迟了两天抵达平壤，还是刘仁轨所领的一万人先期抵达，迟了一天半后，刘仁愿所领的唐军及金法敏所率的新罗军队抵达，将平壤城团团围住。

两路大部会合后，总兵力已经有十五六万，马上对平壤城展开了更猛烈的攻击，但依然没有太多的进展，万余唐、新联军将士折损在平壤城下，在城内指挥作战的泉男建还曾派出军队出城作战，但出城的高丽军队皆败于我军，最后高丽人也不再派兵出击，只是依坚固的城墙守卫。

我军继续攻城，并且每天都向城内射出劝降信，要高丽人投降，高丽人见我大军攻城无果，并没有守将开门请降，我大军只得继续强行攻城。

就在攻城进入白热化的时候，薛仁贵所领的万余人马也抵达平壤。

薛仁贵所领的人马当中有几百名是泉男生的手下，他们对平壤城的布防很是熟悉，并知道连通城内外的一些秘密暗道。薛仁贵在抵达平壤城外后，组织了两百人的一支敢死队，亲自率领，在一名泉男生的亲信带领下，趁夜间从一条非常秘密的暗道潜进城外，对北侧的一个城门发动突袭，杀死了大部分驻守城门的高丽守军，并趁高丽人大乱之际打开了城门，城外的唐军蜂拥而入，很快就占领了北侧的这个城门。而唐军也一改这些天白天攻城，晚上休息的攻城计划，在夜间全面发动攻势，泉男生的几名亲信在北侧一个城门攻占后，再潜往另外一个城门，将一名唤作僧信诚的原泉盖苏文亲信手下劝降，僧信诚打开正北门向我大唐军队投降，我大唐趁势攻占平壤城正北门。

平壤城北侧两座重要的城门被我大军占领后，薛仁贵命令将士们登上城楼，齐声大喊平壤城已经被我军攻破，听到从城内传来我大唐军队将士的喊声，许多守城的主将已经失去斗志，陆续有城门的守将开城请降，数座城门落入我大军手中。

在奋战了一天一夜后，大部的城门都已经被我军攻占，知道大势已去的高丽王高藏率两百余名大臣向我军请降。而泉男建、泉男产兄弟则率一支精锐的人马突围出去，往西逃窜。

在我大军围困平壤城后的第十天，终于将高丽的国都攻破，攻打高丽的战役取得了决定姓的胜利。在肃清平壤城内的残敌，控制了城内的局势后，薛仁贵、刘仁愿、庞同善分别向长安及还在辽东作战的李勣发了战报，将这大捷的消息告诉了朝廷和整支大军的统帅李勣。