劉光顏說：“這個沒問題，你們安東都護府做好兩件事，一是給我們鎮北軍提供軍需物資，二是派出向導，帶我軍進攻高發武。”
鎮北軍在遼東城休整了兩天，補充了一下物資，就揮師向東，向丸都城進發，遼東城往東基本都是山路，頗為難行。
劉光顏認為高發武所部實力不強，決定由副將宋朝隱率領一萬人馬和重型武器向南，到達浿江北岸，做好進攻新羅的前期準備，自己率領兩萬人攜帶火槍、炸彈進攻高發武。
千山以東，基本就出了唐朝的實際控製區，當地的高句麗人好久沒有看到這麼多唐軍來到這裡，驚詫不已。
剛開始，還有些高句麗勢力不知深淺，竟敢伏擊、偷襲唐軍，被唐軍的火槍打的死傷慘重，後麵其他高句麗勢力見到唐軍就躲，再也不敢與唐軍為敵。
約二十多天後，劉光顏率領唐軍達到丸都城，此地位於鴨綠江邊的一個小山上，山頂地勢平緩，周邊相對較陡，是一個較為險固的山城。劉光顏決定先在城下紮營，查看情況，派出人員要求高發武投降。
第二天，高發武的使者跟隨唐軍人員來到唐軍營中，高發武的使者表示，高發武一直在名義上服從大唐，從無叛心，不知唐軍為何來討伐，高發武願意資助唐軍糧草財物，請求唐軍退去。
劉光顏說：“如果高發武沒有叛心，聚集那麼多人在這裡做什麼，
丸都城屬於高句麗舊都，必須拆毀，高發武的軍隊也必須遣散，這樣我們就會退軍。”
使者回去以後，高發武自然不會答應這樣的條件，下令士兵登城，憑堅防守。劉光顏也覺得，如果不打一仗，高發武不會束手就擒，乾脆直接消滅。
由於沒帶重武器，而且丸都城地勢險要，唐軍攻城就有點難度。劉光顏考慮了一番後，決定利用火力優勢，逐步向城牆推進，而後炸塌城牆，再從缺口處攻入。
確定戰術以後，劉光顏下令四麵圍城，其中北、東、南三麵隻圍不打，將主攻放在城西。
劉光顏讓城西的唐軍借助盾牌，拿著火槍，向丸都城緩慢推進。當唐軍走到一半時，丸都城上的高句麗軍隊開始扔出滾木礌石，唐軍看到後，趕忙躲避，但是還是有一部分唐軍躲避不及，死傷了幾十人。
開局不利，劉光顏非常惱火，決定先消耗高句麗人的滾木礌石，再次派出小股唐軍帶著盾牌，分散向丸都城靠近。
高句麗人故伎重演，再次扔出滾木礌石，這次由於唐軍散的比較開，而且早有準備，很快的就找地方躲避。如此搞了一個回合，高句麗人的滾木礌石越來越少，發現自己中計了，停止了扔滾木礌石。
劉光顏重新組織兵力，把人馬分成三個波次，派出第一波先帶著盾牌、火槍向城牆靠近。
這次高句麗人看到唐軍多了一些，再次扔出滾木礌石，唐軍再次後退躲避，然後第二波接著上，高句麗人再扔，唐軍再退，再讓第三波上。
高句麗人發現，繼續這樣扔下去，自己的滾木礌石早晚會扔光，就不敢再扔，準備靠近了用弓箭射殺唐軍。
第三波唐軍帶著盾牌、火槍靠近城牆，劉光顏發現高句麗不再扔滾木礌石，心中大喜。
當唐軍靠近城牆時，有的高句麗軍開始用弓箭射擊唐軍，唐軍停止前進，躲在盾牌後麵用火槍射擊高句麗軍。由於火槍比弓箭射擊距離遠，瞄準射擊更容易，對射了一陣，城上的高句麗軍死傷明顯比唐軍嚴重，又開始扔滾木礌石，但是數量明顯比以前少了。
第三波唐軍並不戀戰，看到高句麗人開始扔滾木礌石，就撤下去了，然後第一波唐軍接著上，還是按照原來的打法，走到離城牆一段距離時，就停止前進，躲在盾牌後麵射擊城上的高句麗軍。
打了一陣，高句麗軍自然打不過唐軍，又是死傷一批，再次扔滾木礌石，但是比上一次更少。
第一波唐軍按照計劃再撤，第二波唐軍再上，繼續走到合適的距離，在盾牌後麵射擊高句麗軍，高句麗的弓箭手哪裡是唐軍火槍兵的對手，繼續死傷。
高句麗軍又想再次扔出滾木礌石，企圖嚇退唐軍，沒想到這次唐軍早有準備，集中火力射擊搬運滾木礌石的高句麗軍，那些高句麗軍被大量射殺，根本沒法把滾木礌石扔出去。
這個時候，第三波唐軍又推進上來，唐軍的火力更猛，打的高句麗軍無法抬頭。兩波唐軍朝著城牆緩慢推進，邊走邊射擊，不給高句麗還擊的機會。
唐軍到達丸都城西門附近後，第二波唐軍隊形不變，壓製城牆上的高句麗軍，第三波唐軍向城門附近集中，對著城門上發射密集的火力，西門城上的高句麗軍根本沒有露頭還擊的機會。
此時，第一波唐軍帶著火藥包跟了上來，在第三波唐軍的火力掩護下，在西門附近埋設大量的火藥，然後留出一段火繩，點燃火繩後，城門附近的唐軍快速後退。
城上的高句麗軍還不知道怎麼回事，不知道唐軍為何突然撤退，探出頭來正看著，突然一聲巨響，城門附近的一段城牆完全被炸塌。
趁著城上的高句麗人死傷，唐軍立即殺回來，向西門附近的高句麗軍攻擊，這次隻有少量的高句麗軍反擊，但是很快被唐軍的火力壓製下去。
唐軍到達西門後，一部分在外圍掩護，一部分越過垮塌的城牆向城內攻擊。沒有了城牆的保護，城內的高句麗軍不堪一擊，紛紛敗退，隨著入城的唐軍越來越多，大量高句麗軍被射殺，一部分高句麗軍被迫投降。
唐軍最後將殘餘的高句麗軍逼入高發武的府中，在唐軍連續的猛攻下，高句麗人已經無力抵抗，高發武隻得率領身邊僅存的一千多人投降。
由於高句麗軍的抵抗，鎮北軍死傷了兩百多人，還耗費了大量的彈藥，劉光顏非常惱火，直接將高發武和他身邊的幾個將領射殺，然後在城中進行大抓捕，總共抓了一萬多人的俘虜。
劉光顏派出兩千人，指定一個裨將帶領，將這一萬多俘虜押送到遼東城，交給陳中師，然後再從遼東城補充糧草彈藥，送到浿江的軍事前線。劉光顏則直接率領剩餘主力，渡過鴨綠江，直奔唐朝和新羅的界河浿江。
鎮北軍副將宋朝隱已經率領另外一萬多人抵達浿江，和新羅軍對峙，劉光顏率軍抵達浿江時，宋朝隱報告劉光顏，新羅得到唐軍討伐的消息後，在浿江南岸集結了十萬大軍，阻止唐軍渡河。