四月一日，李世绩和李道宗领兵声东击西，出人意料的出现在玄菟郡（汉郡名，今辽宁老城东）下。高丽人害怕的禁闭门户，不敢出战。四月十五日，他们来到盖牟城（今辽宁营口盖州市）下，以求打开海路的港口。十一天后攻破了城池，俘虏两万多人。五月二日，张亮从海路攻克了卑沙城（今丹东），随后在鸭绿江上进行了阅兵。
历史上，五月初八，四万高丽步兵骑兵前往支援辽东城（今沈阳），李道宗率领四千骑兵在李世绩的配合下，将其打散。但是作战效果并不出色，仅斩首千余。
李志为了在这一战练兵，在李世民的大部队渡过辽河沼泽之前，就抢先强行军，日夜兼程，终于在五月初七赶到了辽东城下，和李世绩，李道宗会合，并且扎营休息。
李志的后勤大车还留在李世民的本队中，他只带领了四千士兵，三天口粮和约四十万支箭。当晚，李志的斥候发现了高丽援军的动静，连夜就和李世绩和李道宗召开了战术会议。
李世绩是当中年纪最大的，因此他首先说：“诸位，虽然太子来援，但是我军的数量仍然只有不到两万，而高丽的士兵则有四万之多，这一仗要如何打呢？”
军帐中当即有人说：“现在敌众我寡，应当固守待援。过几天陛下的车马援军到来，我们便可以反击。”
此时大军已在辽东城外险要处驻扎好营地，坚守也不是难事。
李道宗则说：“敌人仗着人多，肯定轻视我们，而且他们远道而来十分疲惫，如果我们主动出击，肯定会赢的。而且我们身为先锋，理应为陛下扫除障碍。”
众人认为很有道理。李世绩认为李志尚且年幼，因此最后才问他：“不知太子意下如何？太子军队刚到，还是休息呆在营中比较好，我们去打仗就可以。”
李志站起来回答：“李将军，族叔，我这次来，就是要打出我们大唐的威风。我带来的健儿门，立志报效祖国，血染辽东也并不后悔。现在正是打仗的时候，谁让我们呆在后面就是对我们的侮辱。因此我请命，让我也为先锋，冲在战场第一线！”
李道宗本来是信心满满的表情，一听这话，赶忙说：“不可！太子你可不能以身犯险，万一有个三长两短……”
李世绩也说：“太子，你那都是长弓手，冲在前面有什么用啊！”
李志说：“不如这样，李世绩将军，我们为主力，你在我身后为我掩阵，如果前面顶不住了，我就后退到你的中军。而且族叔会提前让骑兵向他们冲击，我不会有危险的。”
当下又详谈了很多细节。因为尉迟夺和李世绩也是老同事了，当年王世充军中，尉迟家便和李家是好友，因此尉迟夺拍着胸脯说太子的精兵，可是要让你们大吃一惊的云云，这场战役的布置才暂且确定下来。
五月八日，早上4点半。天刚蒙蒙亮，李世绩和李志的步兵，便从营房出发，列队检兵之前，李志向七个长弓手队（每队500人），两个禁卫队的队长布置好战术要领，训话以后，便排成三路长队，从临时营地出发。
辽东城是一座大城，离辽河不远。援军是从平壤开来的，驻扎在辽东以东八十里处。战斗预计会在辽东以东的平原山区交界处发生。
早上七点四十分，军队行进到桃仙镇，快马报来在东南方四十里大柳裕村附近发现敌军动向，约三万前军以五路人马向辽东方向进发。
于是李世绩和李志发令变阵。李志以五百重甲步卒为中军，两翼是以翼形阵（V字队形）左右各三队，最后一对弓箭手在重步卒的后方支援。排成左右宽三里的阵型，缓缓向敌军方向进发。在他们的侧翼和后方是李世绩大股步兵约八千人和李道宗的四千骑兵。
早上九点，军队来到辽阳东南二十里处的小陈相村。此地为一片平整的土地，宽约十里。李志下令军队停止前进，稍事休息，吃干粮喝水，重整队形。斥候来报敌军已行至五里开外。
早上十点半，李志已经在视野中见到了对方的军势。高丽援军前军约三万，排成三个军阵，宽五里，他们徐徐前来，列好阵势，离李志的前军只有六百步（900米）的距离。
李道宗的骑兵正在从侧翼列队，各级将领已经下令卸下辎重，准备冲锋了。
早上十一点，出乎高丽人的预料，面对数量多于自己的敌人，唐军率先发起了冲锋。
李道宗麾下果毅都尉马文举带领自己属下从本阵向前冲锋，高丽人阵脚不稳，根本没有组织好防线。马文举挥舞马槊，所向披靡。高丽人的箭被亲卫以刀劈落，而马文举的马槊长五米，挥舞起来威猛绝伦，矛头过处，不是斩首就是断臂。高丽人惊恐失措，纷纷避开。队形被撕开了一个大口子。
唐军士气顿时高涨，先前的担忧都扔在了脑后，士兵都拿起武器，大吼：“大唐必胜！大唐必胜！”
李志见军心可用，命令部队全体前进。高丽人见士气受挫，便下令冲锋，意图挽回颓势。
看到高丽军队发起冲锋，李志立刻下令就地停止，长弓手预备。
接近到300步（450）的距离以后，李志下令收紧队形，朝正前方以最大速度抛射五箭，然后转为瞄准自由平射。
他手下的三千五百名长弓手虽然数量不多，但是都是熟练的射手。最大射速普遍在每分十发左右。
这不到半分钟的时间，高丽不可能跑过这450米的距离。
事实也是如此，战斗开始二十秒，快速的射手已经射完了5箭，开始瞄准冲锋在最前面的高丽人进行射击。
战斗一开始，李志长弓队的密集箭雨便吸引了所有人的目光，不管是敌人还是自己人。高丽人的冲锋线并不均匀，中军的战线最为靠前，本来这样是有突击力的阵型。但是在李志V型列队的情形下，箭头处的士兵遭到了最密集的箭雨打击。
第一波五次抛射，高丽人便丢下了超过八百具尸体。
战斗开始第四十五秒，李志的三千五百名长弓手已经射出了约四万支箭，高丽人冲锋的队伍被极大的削弱了。他们在近距离上遭到了更惨痛的打击，又躺下了一千人。这一波攻击他们付出了约两千人的代价，才冲到李志的禁卫重甲步兵阵前。
所剩无几的几百人面对着五百凶悍步兵，还有身后射来的冷箭，一个回合，便被突刺解决掉八成。剩下的人见状不妙，纷纷拔腿就跑，或者绕道李志的侧翼。
战斗开始到两分半钟多，高丽第一波攻击结束，李志下令停止射击，节约弓箭，全军左移，给后卫的骑兵和李世绩的步兵留出战斗空间。
此时，李志的弓箭手每人约射出了二十多只箭，刚好用完了差不多一筒箭。而他们的备箭一共也只有一百二十只。
长弓手的覆盖式箭雨给予了高丽人极大的心理打击，他们第二波攻击便向新顶上来的李世绩部队发起了冲击。
此时，李道宗率部四百骑，绕道侧翼向高丽军队发起了冲击，宽5里多6里的战场，顿时被搅的七零八落。
李志下令重甲步兵横向收缩，以密集队形重新列为宽二百五十米的阵线，朝高丽军队中心缓缓前移，而七队长弓手全部躲在步兵身后，其中五队朝前射击，剩下两对各防御侧翼。
此时的射速约为每分三发。这帮弓手并没有到百发百中的地步，但平均命中率也有二成到三成。
战斗开始到十五分钟，长弓手又射出了五万只箭，高丽人中箭人数，则上升到了八千，当场挂掉的，足有三千之数。
此时李世绩率领的主力已经全面展开，占据了战场六成的地区。而李志那一面的人，已经被屠杀殆尽。李道宗的骑兵，则在高丽大部队中往返了三四次了！
高丽军队战损率超过了四分之一，而且阵型被冲散，指挥崩溃，立刻就溃不成军，纷纷败退。
战斗开始到三十分钟。李道宗带领骑兵开始追杀。李志下令就地修整，打扫战场回收箭只。
他们在短短三十分钟内一共射出了十二万只箭！奠定了战役的胜局！
