先头部队刚到达了安市城外，杨万春派出精兵猛攻唐军，想趁着唐军大营还没扎好击败唐军先头部队，两军混战。中郎将（相当于现在的师长级）刘君昂被高丽军团团围住，情况很是危急，却见一人白衫长戟，跃马径前，闯入阵中，一戟将高丽大将砍翻在地，此人正是杜冰举荐的家丁薛仁贵。薛仁贵自从入了张士贵的募下，一直没有机会施展本事，日夜思索，就想立功，很多次想找杜冰请求转到杜冰帐下，都被人拦在帐外。薛仁贵一介布衣，如何能够随便见到位高爵重的燕国公？薛仁贵暗暗着急，也是无可奈何。今日张士贵派薛仁贵出去探路，正好赶上刘君昂被围，哪能失去这个机会？于是闯入敌军，杀了高丽首将。薛仁贵把高丽将军的人头挂在于马鞍之上，高丽军见到后，皆慑伏，纷纷退入安市城中。从此薛仁贵的大名渐渐传扬开来。
六月十一日，唐太宗李世民率大军兵发辽东，于六月二十日抵达安市城(一
说今辽阳市南)，当即列营进攻。安市城果然“地险众悍”，安市人在城上看见太宗旌旗仪征，一改其他城池恐惧症状，非但无丝毫混乱，竟然纷纷登上城头大喊示威，甚至战鼓齐鸣。太宗大怒，李站在一旁也气愤不已，对太宗奏道：“等打下了城池，请皇上允许屠城，将男子尽数诛戮。”太宗慨然应允。安市城内守兵闻知此讯，不但没有害怕，而且更加团结，誓与城共存亡。一连几个冲锋，都铩羽而归。太宗只好暂且休军扎营，以待来日重整旗鼓，一举而下。
次日，高丽北部萨（相当于唐朝的都督）高延寿、南部耨萨高惠贞率高丽、大军十五万来增援安市城。高丽军中有个对卢（官爵），做事老谋深算，对延寿说道：“大帅，中原大乱时，英雄并起。秦王李世民神武雄才，所向无敌，于是平定天下，南面称帝，使突厥、契丹纷纷称臣，西戎三十余国年年进贡。现在调集了全国精锐，并发辽东，猛将锐卒，悉萃于此，锋芒毕露，实在不是我军能够轻易抵挡的住的。为今之计，只有扎下大营，坚守不战，待旷日持久，再分派出骁勇善战的兵将，截断唐军粮道，使其给养不足，过不了十天半月，唐军粮食一定没有了，到那时唐军求战不得，欲归无路，便可不战而取胜。”高延寿不听从劝告，率领大军直进。
唐太宗接到信息，对诸将说道：“高丽军如果坚守不出，派小股部队袭扰唐军补给，为上策，唐军将困于坚城之下，日久不得不退；高丽军带着城中百姓物资迅速逃遁，为中策，唐军追之不及；不自量力，迎战唐军，为下策，现在破之必矣。
唐太宗乃命左卫大将军阿史那社尔率突厥千余骑以诱之，高延寿中计，以为唐军不堪一击，遂放心前进。唐太宗再进一步派使者去联系高延寿，表示这次来高丽并非为了征服，只是听说你们国内臣子杀了国王，所以前来问罪。本来并不想攻打城池，只是唐军补给不够，不得已破城收集粮秣，只要你们重修臣礼，便可归还罢兵。高延寿信以为真，防备松懈。于是唐太宗做了布置，由李、长孙无忌和唐太宗自己带兵分别攻入高丽军营。
高丽军遭到突袭，全军大乱。不过两军刚刚交上火，唐军再次假装不敌，纷纷后撤。高丽兵紧紧追赶，直追到安市城东南八里处，高丽军依山下阵。太宗见高丽军彻底上当，召集所有将官商议对策。长孙无忌道：“臣闻临敌将战，必先观士卒之情。臣适行经诸营，见士卒闻高丽兵至，个个摩拳擦掌，喜形于色，此必胜之兵也。”唐太宗遂与长孙无忌等领数百骑登高观山川形势，分析敌人可能伏兵的地域和进出的道路，并看到高丽合兵为阵，长约四十余里，此时，李道宗献计说：“高丽倾国以拒王师，平壤之守必弱。愿借臣精卒五千，覆其根本，则数十万之众，可不战而降。”唐太宗不听，他盘算的要足够的兵力打败高丽联军，好显示自己的神武英略，于是定下歼灭部署：命李世绩率一万五千人于西岭布阵；长孙无忌率精兵一万一千人万为奇兵，自山北出狭谷，以冲其后；太宗自带了四千步骑，潜鼓角，偃旌帜，迅速在敌营北面高峰之上扎下军营；下令诸军听到鼓角声后听到鼓角声后全力齐出，务必誓死搏斗。并下令有关人员在朝堂之侧建立受降幕，说道：“明日午时，我一定要接纳投降的战俘！”于是率大军按计行事。
高延寿等独见李世绩布阵，当即督兵进攻，诸将苦劝不从。第二天，高延寿见到李带兵在前，即要下令与与李开战。太宗在北山上，遥遥看见无忌军烟尘四起，认为两军已经交战上了，下令鼓声、号角一起尽量吹打，纷纷竖起大旗。高延寿见到四周被围，才感到恐惧，刚打算分兵抵御，阵脚已经乱成一团。李命步卒将手中长枪尽数扔向高丽军，霎时间数万根长枪从天而降，人人抱头鼠窜，各自逃命，高延寿大军惨败。不知道何故，突然乌云四起，雷电交加，风云变色。薛仁贵自恃骁勇强悍，想立奇功，当即穿上异于众人的白色衣甲，手持方天画戟，腰挎两张硬弓，大喊着冲入敌阵，所向披靡，高丽将士纷纷倒伏，杀开一条血路。唐军倾兵乘势猛击，高丽兵溃不成军。长孙无忌纵兵猛攻其后，太宗又从山上顺势冲下，引军临之，高丽士兵四散奔走，拼命逃亡，阵亡两万余人，受伤者不计其数。