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四月十八日，李道宗等人趁着唐军士气旺盛，留下2000人守卫新城，渡过浑河，去围攻盖牟城（今辽宁抚顺千台山）。
由于守卫盖牟城主力是之前在玄菟城外被战败的5000多高丽溃兵，再加上守城的士兵千人，合计2万多人。唐军在人数上与高丽守军基本持平，因玄菟城、新城陆续陷落，高丽守军不敢出城作战，死守城池。
李道宗下达攻城令，唐军蜂拥而上，奋勇向前，但是想尽了各种办法，什么塔楼强攻、撞车撞城门、抛石机抛石、重型连弩车发射箭雨等等，唐军始终无法攻克盖牟城，伤亡惨重。在守将高延吉的率领下，高丽士兵顽强抵抗，同样也是伤亡惨重，可以说城外的唐军与城内的高丽守军打成胶着状态，双方打到现在完全是比拼意志。
渊盖苏文听闻唐军已攻克玄菟城、新城，正在攻打盖牟城。盖牟城作为辽东城的门户，其重要性不言自明，盖牟城一旦失守，辽东城就彻底暴露在唐军面前。最重要的是在这座山城里储存至少15万石的粮食。渊盖苏文不敢马虎，赶紧从平壤调集4万多援军前去救援盖牟城。自四月一日开战仅二十多日，战争的天平开始慢慢地向高丽一方倾斜。
数日后，正当李道宗与张俭束手无策时，李积率领1万唐军主力到达盖牟城外，与他们会师，顿时唐军士气大振。
李积率军来到盖牟城外五里的唐军军营后，他亲自登上塔楼观察盖牟城，其城墙高大，城头上旌旗招展，高丽守军防守严密。李积明白了高丽人跟以往的突厥人、吐谷浑人、吐蕃人等游牧民族完全不同，高丽人是农耕民族，擅长因山建立山城堡垒防御体系，及擅长城市防守战，以往的骑兵野战的战术在这已经不灵了。
现在高丽的援军正在路上，容不得李积想出克敌的最佳策略。于是，李积下达了攻城的命令，进行常规的城市攻坚战。唐军在一声命下后，勇猛冲锋，继续采用塔楼强攻、撞车撞城门、抛石机抛石、重型连弩车发射箭雨等攻城战术，不过在强攻了一天后，唐军伤亡不少，盖牟城仍然坚如磐石。
第二日，李积下令停止攻城，避免唐军士兵再做无谓的牺牲。作为这次征高丽的陆军主帅，率军刚刚进入辽东地区，就遇到盖牟城这个拦路虎，如果不拔掉这个钉子，他征服高丽的作战计划就是痴人说梦、一张废纸。
四月二十三日，李积在盖牟城外唐军大营里召开军事会议，商讨如何攻破盖牟城。
李积让袁天纲详细介绍一下盖牟城的情况：
盖牟城是以浑河东岸的最高峰──214米千台山为核心防御体系，四周有九个小型军事堡垒：西侧是演武沟、李石寨；北侧是千金寨、记军屯、大官屯、小官屯、杨柏堡、千金堡、五老屯。这样，整个盖牟城依托一个千台山主堡垒、由九个小堡垒如星云密布般围绕四周，也是固若金汤、易守难攻。目前，盖牟城内有高丽士兵2万多人，储存有十多万石粮食。据探马来报，有4万多高丽援军正在赶往这里的路上，预计七日后到达盖牟城，如果七日内不能拿下盖牟城，唐军就会被高丽军队里应外合地包围，到那时唐军就危矣！
听完袁天纲的介绍，在场的唐军将领们都大吃一惊！
李积严肃地望着在场的每一位将领，说道：
“各位将领，听到袁将军的盖牟城情况介绍，诸位，现在我们的时间不多了，如果七日不破此城，高丽的援军就要到了！诸位有何妙计攻进盖牟城？”
在场的诸位将领都面面相觑，默不作声。
李积环视了一遍，又把目光放在袁天纲身上，问道：
“袁将军，你有何妙计破敌？”
袁天纲皱皱眉，说道：
“我有一计，可以七日破敌！”
“七日就可破敌？军无戏言！” 李积等人听罢，都觉得袁天纲口出狂言。
“是的！七日破敌，如若不然，军法从事！” 袁天纲斩钉截铁地回答道。
“那好！你就讲讲如何破敌？” 李积心里明白袁天纲乃当代诸葛孔明，他所说的话都一一应验，这次应该不会食言。
袁天纲这时候思绪回到一千多年的时代，太平天国采取“穴地攻城战术”，才攻克坚城武昌。于是他喃喃地说了六个字：“穴地攻城战术。”
“穴地攻城战术？” 李积疑问道。
袁天纲的思绪马上回到一千多年的唐朝，他说道：
“‘穴地攻城战术’ 就是从唐军军营挖地道，挖五里就挖到距离唐军军营最近的盖牟城北侧千金寨，然后继续往里再挖五里，就挖到千台山主堡垒的下方，然后再往上挖200米，形成一个竖井后，再横向挖一个长与宽都五米的小室，然后将伏火雷塞满小室及千金寨下方的地道里，从军中重金招募敢死之士点燃伏火雷的引线，当伏火雷引爆后，千金寨与千台山堡垒就会炸塌，唐军趁机一拥而进，攻克盖牟城。”
“好主意！” 李积及众将领赞许道。
于是，李积命令组织2000士兵，按照袁天纲绘制的地道草图，夜以继日地挖地道；同时，为了不引起高丽人的怀疑，每日照常组织唐军实行车轮战，分批轮流佯攻盖牟城。
由于高丽守军将领高延吉严令士兵不得出城攻击，严防死守盖牟城；及唐军挖地道的入口离城近，地道五天内就挖好了。唐军用棺材装满伏火雷，放置在千台山堡垒下方小室及千金寨地道里，用竹子挖空连起来，把引线藏到竹子中。
四月二十八日黎明，高丽守军还在盖牟城内酣睡，突然，地动山摇，千台山堡垒与千金寨地道同时引爆，千金寨的城墙与千台山的堡垒被同时轰塌，顿时火光冲天、烟雾缭绕，盖牟城的守军士兵不是被炸死，就是在恐慌之下四下逃窜。
李积一看得手了，就立即指挥埋伏在千金寨的城墙边唐军，纷纷高举唐横刀冲进千金寨，见到高丽的逃窜士兵就一路猛杀、猛砍。埋伏在其他堡垒的唐军听到爆炸声响，也纷纷乘梯往上攻，固若金汤的盖牟城就这样被攻破了。
这一仗，唐军消灭高丽士兵3000余人，俘虏守城将领高延吉及士兵一万八千人，获得十五万石粮食，这无疑为唐军接下来的作战，打下坚实的后勤保障基础。盖牟城之战结束，接下来的目标是辽东城（今辽宁辽阳）。