随后，李积率领大军乘胜追击，一路势如破竹，直抵辽东城（今辽阳市区辽阳老城东北隅）下。辽东城是高丽在辽东地区的军事重镇，城墙坚固，易守难攻。消息传来，高丽四万大军也迅速赶来增援，气势汹汹，意图与唐军决一死战。
李道宗见敌军来势汹汹，却毫不畏惧，反而主动请缨，准备率领四千精锐骑兵突袭高丽四万援军。他深知，若能击溃高丽援军，辽东城便不攻自破。然而，众将对此作战计划心存疑虑，纷纷表示反对，认为敌众我寡，风险太大，稍有不慎，便会陷入绝境。唯有李积独具慧眼，力排众议，给予了支持。他深知李道宗的勇猛与智谋，相信他定能出奇制胜。
然而，战争的进程往往难以预料。在交战过程中，行军总管张君义却怯懦畏战，率先撤退，这一举动如同多米诺骨牌，瞬间引发了连锁反应，致使李道宗初战不利，部队陷入被动。高丽援军趁势反扑，唐军形势危急。
但李道宗并未惊慌失措，他不愧是久经沙场的名将。他迅速收拢残军，登上一处高地，冷静地观察战场局势。他发现，高丽军虽然人数众多，但在追击过程中阵脚已乱，士兵们一片混乱，毫无章法。于是，他果断决策，决定以乱击乱，纵兵进击。
与此同时，李积也迅速引大军前来助战。他早已料到战场形势可能会出现反复，因此一直在附近待命。唐军主力的加入，如同注入了一剂强心针，士气大振。经过一番激战，唐军最终大破高句丽军，斩首一千余级，高丽援军溃不成军，仓皇而逃。
原来，李积在战前暗中极为巧妙地派出了一些小分队。这些士兵乔装打扮成高丽兵的模样，趁着李道宗与高丽援军作战混乱之际，悄然混入了敌阵之中。待时机成熟后，他们再趁乱发难，从内部搅乱敌军阵脚，使得高丽军陷入一片混乱，从而为唐军的胜利立下了汗马功劳。
而李积之所以没有提前向李道宗言明此计，是因为他深知战争的复杂性。若过早说破，计策一旦泄露，便难以发挥出应有的奇效。他相信李道宗的应变能力，也相信自己的谋略能够扭转乾坤。事实证明，他的决策是正确的，这一战不仅击溃了高丽援军，也为后续的军事行动奠定了坚实的基础。
随后，李积对辽东城展开围攻，整整十二日，战况激烈。
就在这时，李世民率精兵抵达辽东前线，他与李积会师后，亲自指挥作战，最终成功地将辽东城攻陷。此役，唐军大获全胜，共杀敌一万余人，又俘获高丽军一万多人、百姓四万口。
六月，李积又率领大军转攻白岩城（今辽宁省岫岩）。他巧妙运用战术，对白岩城形成重重包围，给守城军民造成了巨大的心理压力，最终迫使城主归降。
之后，李积又参与围攻安市城（今辽宁海城东南营城子）。唐军君臣经过深思熟虑，定下妙计。
李世民决定以自己为饵，将高句丽援军诱至安市城东南。与此同时，他依山为阵，严阵以待。李积则早已提前率一万五千名步、骑兵在西岭布下精妙阵型。长孙无忌则率领骑兵一万一千人，从山北穿越峡谷，准备冲击高句丽军阵后方。李世民亲率四千步、骑兵作为预备队，偃旗息鼓，悄然登上南山坐阵指挥，一切安排可谓滴水不漏。
高丽北部耨萨（都督）高延寿不识破绽，中计在唐军的几面夹击之下，陷入绝境，大败而逃，高丽军被斩首两万余级。
此战之后，高句丽举国震惊，后黄城、银城等地军民皆被吓得弃城而逃，致使数百里内断绝人烟，一片荒芜。
唐军又回师继续猛攻安市城，然而守军凭借坚固的城墙顽强固守。李积经过深思熟虑，认为“围师必缺”之理，于是献计，建议李世民只攻西南二门，同时放出东北二门通道，放任守军从东门与北门逃跑。
他认为如此一来，守军在惊慌失措之下，必然阵脚大乱，更易被唐军歼灭。
然而，李道宗却持有不同看法，他认为敌人数百里内皆已无路可逃，犹如瓮中之鳖，守敌根本不可能逃跑。于是，他奏请李世民破城后进行屠城，企图以此来恐吓城中守敌，迫使他们早日投降。
岂料，安市百姓闻知李道宗奏请克城后坑杀全城男女老幼，皆肝胆俱裂，为了保护自己的家园，他们反而不顾自身安危，全力支援守城士卒。这使得唐军久攻不下，战局陷入了僵持。
最终，因辽东气候转寒，草枯水冻，军队及战马皆难以在如此恶劣的环境下继续久留，而且粮草也即将耗尽，李世民不得已，不得不下达了班师的命令。李积与李道宗则率领步、骑军四万作为殿后，为大军的安全撤离保驾护航。
唐军回师后，朝廷为了表彰将士们的赫赫战功，录功又封了李积的一个儿子为郡公。
唐太宗亲自东征高丽，尽管未能完全达到灭掉高丽的目的，但也沉重地打击了高丽的嚣张气焰，使其在之后很长一段时间内，再也不敢轻易有异动，边境得以暂时安宁。
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