李绩开始攻城，唐太宗也率一万甲骑赶到。高丽害怕唐军抛石车，乃于城上积木筑战楼，以抵御抛石。李绩把抛石车排列在城下，抛石击城，块块巨石飞射城上，无坚不摧；另一方面又用撞车撞其楼阁，所撞之处，无不倾倒。这时又刮起了南风，李绩乘机纵火，点着了城西南楼。大火迅即蔓延到城中。风助火势，火借风威，全城立时浓烟滚滚，烈焰腾腾，城内一片混乱。唐军一举攻克了辽东城，烧死俘虏高丽兵万余人。
在攻占辽东城后，唐军乘胜围攻白岩城(今辽阳东南)。白岩城靠山临水，四面险绝难攻。李绩以撞车撞城，又用抛石车飞石击城，飞石流矢雨点般射向城中。高丽守将孙代文抵挡不住，遂举城请求投降。于是，唐军又攻占了白岩城。
贞观二十年(646)，刚从辽东班师不久，薛延陀部发生了内乱，李绩奉命率兵讨乱，在乌德鞬山大破其军，大首领梯真达官率众投降，咄摩支可汗向南逃往荒谷之中。李绩派通事舍人萧嗣业前去招降，其部落犹首鼠两端，李绩遂派兵进击，前后斩首五千级，俘虏三万余人。
唐太宗十分欣赏李绩的军事才干，又钦佩他的忠诚。贞观二十三年(649)，在临终前，唯恐他身为两朝元老，难以驾驭，特意将他出任为叠州都督，并向太子面授机宜，说：“李绩才智有余，屡更大任，恐其不厌服于汝，故有此授。我死后，可亲任之。若迟疑顾望，便当杀之。”李绩似明白唐太宗的心意，奉诏之后，“不及家而去”。
唐高宗李治即位后，召回李绩，授任检校洛州刺史，洛阳宫留守，进开府仪同三司、同中书门下，参掌机密，不久，又拜尚书左仆射。他惧怕盈满，遂于永徽元年(65o)上表，请求解除了左仆射职务，但仍以开府仪同三司的身份知政事。四年，又被册为司空。早在贞观年间，李绩以勋庸图形于凌烟阁，至此，高宗又命人为他画像，并亲自为他写序。
永徽六年(655)，高宗欲废王皇后，立昭仪武则天为皇后。此事在朝臣中引起了一
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