陳弘嶺率領一萬鎮西軍早已在南側布好口袋陣，大食軍還沒接近，唐軍的炮兵就已經開始射擊，大量的大食騎兵被炸死紮傷。
大食軍被迫又向其他方向逃亡，但是各個方向的唐軍都壓了過來，導致大食軍無路可逃。
這些大食軍決定集中兵力向**圍，與趕來合圍的一個契胡團激烈交戰起來，這個契胡團最終抵住了大食軍的衝擊，大食軍依然無法突破包圍圈。
大食軍左衝右突，包圍圈卻越來越小，大食軍的傷亡越來越大，眼看突圍無望，繼續頑抗下去極有可能覆滅，被迫向唐軍投降。
此役，唐軍一共擊斃五千多大食軍，俘虜七千多，隻有少量的大食軍得以逃脫，唐軍陣亡不足一百人，形成了壓倒性的勝利。
陳弘嶺將大食俘虜全部送到費盧傑集中關押，而後按照這個辦法又在巴格達城北的塔吉一帶，又剿滅了一股八千多人的大食軍。至此，巴格達周邊大股的大食軍基本被消滅掉，唐軍可以放心進攻巴格達。
陳弘嶺完成對城外大食軍的清剿後，吳元濟終於帶著第五路軍從代爾祖爾沿著幼發拉底河趕過來，三路軍會師巴格達。
儘管三路軍各有一些損失，但是總兵力加起來也接近九萬人，對比城內的十萬大食軍，李愬對攻打巴格達誌在必得。與此同時馬蒙也感受到巨大的危機，在城內征兵拉夫，大規模擴充兵力，準備作最後的殊死一戰。
李愬召集三路軍的將領，先是講了一下第六路軍第一次進攻巴格達失敗的教訓，然後開始討論進攻巴格達的方案。
吳元濟率先發言：“按照我們打大馬士革的經驗，估計他們還是會玩巷戰那一套，我們已經總結了新的戰法，不怕他們。”
張廣孝補充道：“搞巷戰，小炮必須入城，這樣遇到敵人的新式武器和堅固據點，入城部隊也會有強大的火力支持。”
陳弘嶺則說：“末將認為，在轟炸城牆時，可以先在兩端炸開兩個缺口，最後再炸出中間的缺口，這樣牆內的石油管道就會被徹底炸斷，中間的缺口就相對比較安全。”
李愬說：“大食軍詭計多端，不可能輕易束手就擒，這次進攻巴格達我們不求快，但求穩，步步為營，三軍同時出動，一定可以拿下巴格達。”
張廣孝說：“好，我們就參照一、二路軍打華氏城的打法，一半人圍城，一半人攻城，這樣穩妥一些。”
吳元濟喜歡單乾，喊道：“乾脆，三個軍各負責一段，各自分配兵力，誰能打進去就是好漢。”
李愬也讚成這個提法，就說：“好，到時候我將包圍圈分成三段，各自調派兵力，從三個方向同時攻進去，讓大食軍顧此失彼，一定可以徹底拿下巴格達。”
會後，李愬在地圖上將巴格達的城牆分成三段，由於第六路軍還有幾個契胡團，就多分了一些，第三路軍從東麵主攻，第五路軍從西北方向主攻，第六路軍從南麵主攻，三軍攻入城內後，進行向心攻擊，以黑衣大食的皇宮作為核心目標。
李愬給各軍三天的準備時間，三日後的早上，準時發起攻擊。各軍受領任務以後，開始大規模調派部隊，分配任務，設置陣地，分發彈藥，準備大乾一場。
各軍都先後經曆了多次大戰，有了豐富的作戰經驗，但是巴格達之戰畢竟事關重大，各軍準備的更充分一些。在巷戰中，除了火槍之外，小炮和單兵炸彈也是兩個利器，各軍都準備利用步炮協同，發揮更大的作戰威力。
到了攻城時間以後，第六路軍在城南率先發起攻擊，李愬按照陳弘嶺的建議，在城南選擇一個城門，在城門的左右三十丈處，各選擇一個地方進行猛轟，然後再轟擊城門。
由於黑衣大食軍的連續加固，巴格達的城牆又高又厚，李愬動用了所有的炮兵連續轟了三天，才轟出了三個缺口。
打開缺口以後，唐軍先鋒部隊開始從中間的缺口入城，由於有了上次的教訓，這次唐軍比較小心，穩步往裡推進，不敢打的太快。
唐軍轟開缺口以後，大食軍又往牆體內的管道裡灌石油，並用火箭射燃。由於管道已經被炸斷，石油隻能流到兩邊的缺口，中間的缺口根本沒油，無法點燃。
入城的唐軍看到後路無虞，開始大膽的往裡攻，但是裡麵的大食軍依然不好對付。有的大食軍用拋石機扔來一些炸彈，有的直接從從建築物裡扔出炸彈，對入城的唐軍形成較大的威脅。
唐軍先搶占一片區域，然後就地架炮，用小炮對準拋石機進行射擊，拋石機在射擊精度和距離上都無法趕上小炮，一個個拋石機被小炮擊毀。
對於建築物內的大食軍，唐軍更加輕車熟路，采用交替掩護的方式，逐個建築物進行搜索攻擊，對於大食軍比較多的建築物，乾脆直接用小炮瞄準轟擊。
第一階段的攻防都在唐軍的預想之中，所以進展比較順利，第二波唐軍緊跟著入城，開始加大攻勢。
沒想到，大食軍在城內也埋設了一些石油管道，一些石油從街道旁邊的噴口中湧出，然後被大食軍用火箭點燃，阻止了唐軍的前進。唐軍乾脆對著噴口附近的建築物猛轟，將建築物轟塌，將噴口壓住，火勢逐步減弱，唐軍繼續往裡攻擊。