大批高句丽士兵蜂拥来到东城门，兵力达到劲卒师和先锋团的数倍，他们向劲卒师和先锋团发起猛烈进攻，试图夺回城门。穷牟城内街道狭窄，进攻东门的高句丽士兵虽有上万，却无法全部施展开，劲卒师已经控制了东门附近的民房，用强弓硬弩阻击高句丽军队的进攻，高句丽军队难以向前推进。城墙之上地形更为狭窄，高句丽军队沿城墙发动的进攻同样被遏制住，无法取得进展。

对于早已做好准备的骑兵来说，三十里路只需半个时辰就足够了，方天戟带领三万人马冲到穷牟城下。他让三名偏副将领各带领五千人，分别从南、北、西三个方向发动佯攻，吸引守军兵力，并切断守军逃跑的道路，他本人带领一万五千人，从东门杀进城里。

方天戟一到，战场上的形势立刻发生逆转，进攻东城门的高句丽军队转攻为守，拼命阻止大唐军队向城里渗透。刘之孝指挥劲卒师发起反攻，扩大占领区域，让主力源源不断地进入城中。进城后的唐军主力，一部分沿大街向城里进攻，更多的人沿着城墙根儿向两翼进攻，寻找其它通向城里的道路，有人甚至搭人梯上房，沿着房脊向纵深穿插。

刘之孝把东门里的阵地移交给主力部队，把劲卒师分为两部，从城墙上向南北两座城门进攻。城墙上的高句丽军队处境极为不利，他们既要应对来自侧翼的进攻，又要应对城外唐军的进攻，逐渐支持不住，步步兵退。先锋团和劲卒师步步进逼，先后占领南北两座城楼，放把火把城楼点燃，打开城门放城外的唐军进城。

南北两座城门楼先后起火，城里的高句丽军队军心动摇，支撑不住，步步后退，进而演变成溃退。大唐军队乘胜追击，沿着大街小巷向城中心进攻，追杀溃逃的高句丽士兵。

盖无疑约束不住部下，只好跟着后退。剑牟岩建议：“大人，唐军势大，穷牟城肯定是保不住了，趁着西门还没有失陷，咱们赶紧从西门出城吧。”盖无疑此时六神无主，想不出别的办法，只能接受剑牟岩的建议。二人骑着马，在卫队的保护下径直冲向西门，完全顾不上他们的部下。

剑牟岑负责指挥南城墙上的部队，南城门楼被大唐军队守取后，他自知穷牟城难保，没有往城里跑，而是沿着城墙往西跑。跑到城墙西南角，剑牟岑让跟随他的士兵前往西门，他一个人留在后面，趁大唐军队忙于放火烧城门楼和开城门接应城外部队入城，没有沿城墙追击，悄悄缒到城外，趴在庄稼地里，像狗似的四脚着地，往南爬去。此时城外的唐军正在进城，忽视了对城角的警戒，剑牟岑瞅了个空子，穿过唐军的警戒线，一口气跑到坝水河谷。这家伙水性相当好，跳进水中，游到河对岸，逃往其它城池。

一口气跑到西门，见西门还在自己人手里，盖无疑和剑牟岩都松了口气。还没等他们下令开城门，守城的士兵就报告，城外有大唐军队在进攻，无法出城。二人当时就傻掉了，一时不知道该怎么办。正在犹豫之际，先锋团和劲卒师从南北两个方向杀过来，城墙上的高句丽士兵力一抵抗就轰然而散。

剑牟岩说：“大人，西门出不去，咱们只能回到城里，跟唐军展开巷战，寻找机会出城。”盖无疑想不出别的办法，只好跟剑牟岩返身向城里逃。

先锋团占领西城门，打开城门，放城外的唐军进城，三万唐军从四面八方向城中心进攻，对高句丽军队展开围剿。

战斗持续到天色将明，城内的厮杀基本停止，大唐军队控制了全城。盖无疑和剑牟岩无处可去，退到帅府负隅顽抗，被大唐军队四面团团围住，猛攻不止，最后帅府被攻破，二人束手就擒。

天亮之后，方天戟派兵挨家挨户搜查，捉拿藏匿看来的高句丽将领和士兵，对于窝藏军人的老百姓，没有客气可讲，全家籍没为奴，没收全部家产。忙了一整天，总算是彻底肃清了城内的高句丽军队。检点之后发现，高句丽军队的中高级将领中，只跑了一个剑牟岑，两万士兵，杀死四千多人，俘虏一万五千余人，只有三百多人逃掉。