同年10月 ，庞同善继续进攻，在金山路遇到高句丽大军10多万人，被打的落荒回逃，高句丽军追的兴起，薛仁贵率本部兵马冲杀出来，将敌人大军拦腰截断，敌军大乱，薛仁贵领兵奋力杀敌，此战杀的昏天暗地，敌人数不胜数，最后薛仁贵大败高句丽军，斩首五万人。(注意啊，斩首多少人并不是敌人的总兵力，而指的只是斩杀的人数，并没有算逃跑等的人数)*乘胜攻占南苏(今辽宁抚顺东苏子河与浑河交流处)、木底(今辽宁新宾西木镇)、苍岩(今吉林集安西境)3城，与泉男生部会合，赢得了金山之战的胜利。高宗亲笔写诏书慰劳仁贵：“金山大阵，凶党实繁。卿身先士卒，奋不顾命，左冲右击，所向无敌，诸军贾勇，致斯克捷。宜善建功业，全此令名也。”金山之战是唐初年的罕见的大规模遭遇战，是灭高句丽四大战役最关键，最大的一次战役，基本消灭高句丽精锐部队，为彻底胜利奠定基础，此战由薛仁贵亲自指挥，功不可没。
同年的11月下旬，薛仁贵仅带2000人的兵马向前进军，发兵扶余城(今吉林四平)，有的将领大力反对，认为人实在太少了，搞砸了不好收场但是薛仁贵说：“兵不在多，顾用之何如。”不在多少，看你主将会不会用，历史能说出这样“大话”的将军也没有几个。兵贵神速，接着一场人类战争迹又出现了。高句丽派出数万大军快速出兵新城，想夺回主动权，这正好应了薛仁贵的道了。当敌人行军的时候根本无法想象*居然会那么快打过来。时逢冬天，东北大地，白雪蔼蔼，薛仁贵2000玄甲骑兵全部着白衣。当他们发现敌人的时候，薛仁贵当机立断，利用骑兵平原优势，冲杀敌人。于是在白色的雪域平原，正在行军的高句丽兵看见一大团白色飞冲而来，还以为是雪崩呢。薛仁贵指挥杀敌，用了7个时辰，不到15个小时的时间斩杀俘虏敌人万余，剩余军队四散溃逃，这次战役也要看出唐玄甲军的战斗力恐怖之处，据考证这是最早利用保护色的战役。
接着薛仁贵率领2000将士继续前进，乾封三年(668)，薛仁贵的部队攻占坚固的扶余城。之后高句丽连续40多座城市直接向薛仁贵投降，薛仁贵声名鹊起，威震辽海，神威四方，自此，高句丽所最惧怕之人为薛仁贵。
这样薛仁贵大军沿途破城抵达平壤城下，与从行军大总管李绩等诸路大军会师平壤，大军合围，攻破平壤，薛仁贵亲自接受高句丽国王投降，根据史料记载，高句丽国王高藏在向薛仁贵投降签字的时候，连抬头看薛仁贵的勇气都没有，威慑力到了何种地步。真有张辽使江东小孩夜不敢哭的风采。自此，隋唐几代帝王灭亡高句丽的愿望终于在高宗这里得到了实现。如果仔细研读过这段史料的话，大家会很清楚，高句丽实为薛仁贵所灭，他起了关键和决定性的作用，而并非是李绩。
可是呢，后世史书却把征东的大功劳给了李绩。薛仁贵在灭高句丽四大战役，新城、金山、扶余、平壤的金山和扶余起到了决定性的作用，其消灭有生兵力最多的金山之战，和破城最多的扶余之战几乎由薛仁贵独立打胜的，同时他也参加了大部队都参加的平壤战役，并且救援了新城，没有让李绩的错误导致战局的崩盘，所以灭高句丽的关键性人物是薛仁贵。后世百姓也著写《薛仁贵征东》以纪念这位英雄人物。
高句丽杨广3次征讨，唐太宗几次征讨均告失败(两次大的战役和数次小的突袭)，虽说薛仁贵时期，高句丽内部有政治分裂。但是薛仁贵能灭，可见其实力。
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