這次高句麗人看到唐軍多了一些，再次扔出滾木礌石，唐軍再次後退躲避，然後第二波接着上，高句麗人再扔，唐軍再退，再讓第三波上。
高句麗人發現，繼續這樣扔下去，自己的滾木礌石早晚會扔光，就不敢再扔，準備靠近了用弓箭射殺唐軍。
第三波唐軍帶着盾牌、火槍靠近城牆，劉光顔發現高句麗不再扔滾木礌石，心中大喜。
當唐軍靠近城牆時，有的高句麗軍開始用弓箭射擊唐軍，唐軍停止前進，躲在盾牌後面用火槍射擊高句麗軍。由于火槍比弓箭射擊距離遠，瞄準射擊更容易，對射了一陣，城上的高句麗軍死傷明顯比唐軍嚴重，又開始扔滾木礌石，但是數量明顯比以前少了。
第三波唐軍并不戀戰，看到高句麗人開始扔滾木礌石，就撤下去了，然後第一波唐軍接着上，還是按照原來的打法，走到離城牆一段距離時，就停止前進，躲在盾牌後面射擊城上的高句麗軍。
打了一陣，高句麗軍自然打不過唐軍，又是死傷一批，再次扔滾木礌石，但是比上一次更少。
第一波唐軍按照計劃再撤，第二波唐軍再上，繼續走到合适的距離，在盾牌後面射擊高句麗軍，高句麗的弓箭手哪裡是唐軍火槍兵的對手，繼續死傷。
高句麗軍又想再次扔出滾木礌石，企圖吓退唐軍，沒想到這次唐軍早有準備，集中火力射擊搬運滾木礌石的高句麗軍，那些高句麗軍被大量射殺，根本沒法把滾木礌石扔出去。
這個時候，第三波唐軍又推進上來，唐軍的火力更猛，打的高句麗軍無法擡頭。兩波唐軍朝着城牆緩慢推進，邊走邊射擊，不給高句麗還擊的機會。
唐軍到達丸都城西門附近後，第二波唐軍隊形不變，壓制城牆上的高句麗軍，第三波唐軍向城門附近集中，對着城門上發射密集的火力，西門城上的高句麗軍根本沒有露頭還擊的機會。
此時，第一波唐軍帶着火藥包跟了上來，在第三波唐軍的火力掩護下，在西門附近埋設大量的火藥，然後留出一段火繩，點燃火繩後，城門附近的唐軍快速後退。
城上的高句麗軍還不知道怎麼回事，不知道唐軍為何突然撤退，探出頭來正看着，突然一聲巨響，城門附近的一段城牆完全被炸塌。
趁着城上的高句麗人死傷，唐軍立即殺回來，向西門附近的高句麗軍攻擊，這次隻有少量的高句麗軍反擊，但是很快被唐軍的火力壓制下去。
唐軍到達西門後，一部分在外圍掩護，一部分越過垮塌的城牆向城内攻擊。沒有了城牆的保護，城内的高句麗軍不堪一擊，紛紛敗退，随着入城的唐軍越來越多，大量高句麗軍被射殺，一部分高句麗軍被迫投降。
唐軍最後将殘餘的高句麗軍逼入高發武的府中，在唐軍連續的猛攻下，高句麗人已經無力抵抗，高發武隻得率領身邊僅存的一千多人投降。
由于高句麗軍的抵抗，鎮北軍死傷了兩百多人，還耗費了大量的彈藥，劉光顔非常惱火，直接将高發武和他身邊的幾個将領射殺，然後在城中進行大抓捕，總共抓了一萬多人的俘虜。
劉光顔派出兩千人，指定一個裨将帶領，将這一萬多俘虜押送到遼東城，交給陳中師，然後再從遼東城補充糧草彈藥，送到浿江的軍事前線。劉光顔則直接率領剩餘主力，渡過鴨綠江，直奔唐朝和新羅的界河浿江。
鎮北軍副将宋朝隐已經率領另外一萬多人抵達浿江，和新羅軍對峙，劉光顔率軍抵達浿江時，宋朝隐報告劉光顔，新羅得到唐軍讨伐的消息後，在浿江南岸集結了十萬大軍，阻止唐軍渡河。