肃清城外的高丽人马后，登陆的我大军数万人很快将平壤城围住，但并没急于攻城。在天黑前，结束了海上战事的郭待封率所领的人马也抵达平壤城下，与庞同善部一道合兵，准备攻打平壤城。
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。
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性的胜利。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。
高丽国都平壤被攻破，高丽王高藏被我大军俘虏，可以说高丽已经被平灭。虽然泉男产、泉男建不知去向，辽东一带也有许多城池依然有高丽人把守，甚至离平壤不远地方的一些城池还没被我大军攻占，战事依然在持续，但这一切已经不改变不了高丽败亡的事实了。
接到连续数份自前线传来的军报后，皇帝李治、皇后武则天及朝或重臣们都是喜出望外。
“敏之，大军采纳了你所提的建议，终于将平壤攻下，高丽被我大军攻灭了，辽东全都属于我大唐了，姨母真的太高兴了，敏之，你真的太了不起了，姨母都佩服你，战事的发展真的如你预期的那样!”武则天兴奋地拉着贺兰敏之的手，说话时候都有点语无伦次的味道。
看到武则天当着宫人的面拉着他的手表示欢喜，贺兰敏之在稍
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