次年十一月，诏命刑部尚书张亮为平壤道行军大总管，太子詹事、左卫率李绩为辽东道行军大总管，率水陆大军分道进击高丽。

    十九年二月，唐太宗率六军从洛阳出发，御驾亲征。张亮率水军渡海袭占卑沙城；李绩军攻克辽东重镇辽东城，斩俘两万余人。六月，唐军进至安市城(驻：今辽宁海城东南营城子)。高丽北部耨萨高延寿、高惠真率15万大军前来救援，被唐太宗击败，余众归降，高丽举国震恐。七月，唐军开始围攻安市城。由于守军殊死抵抗，使唐军至九月仍未攻克。时近深秋，草枯水冻，士马难以久留，唐太宗被迫于九月十八日班师还朝，没有达到征占高丽的预期目的。

    此次唐太宗征讨高句丽，攻占辽东等十城，获七万余户，斩杀高丽兵4万余人，唐军阵亡数千人，战马损失十之七八。唐太宗回朝后，群臣建议对高句丽派偏师进袭骚扰，使其国人疲于应付，耽误农时，几年后即可使高句丽因粮荒而土崩瓦解，太宗采取了这一建议。

    以后，唐军采取了对高句丽发动骚扰性攻击的策略，共有以下几次：六百四十七年，太宗命牛进达和李绩率军从水陆两路进扰高丽，拔石城，高句丽王遣其子高任武入唐谢罪；六百四十八年，太宗派右武卫大将军薛万彻率3万大军乘楼船渡海，入鸭绿水，于泊灼城(今辽宁丹东东北)大败高丽军；655年，因高丽与百济、靺鞨联兵入侵新罗，新罗王金春秋遣使向唐求救，高宗命营州都督程名振和左卫中郎将苏定方率兵击高丽；658年，程名振攻克高丽赤烽镇(约在今辽宁海城境)，斩首3000级；659年，唐右领军中郎将薛仁贵在横山(今辽宁辽阳附近华表山)大败高丽军。

    公元660年，唐灭百济，高句丽失去盟国，陷入孤立境地。次年，高宗下令对高句丽发动大规模进攻，发35军，水陆分道并进。苏定方在坝江击败高句丽军，屡战屡胜，进围平壤；契苾何力于鸭绿水大败盖苏文之子男生，斩3万人。时百济旧将叛乱，而苏定方围平壤久攻不下，逢大雪天寒，高宗遂于662年二月命唐军自高句丽班师。退军时，左骁卫将军、沃沮道总管庞孝泰在蛇水战败，庞孝泰战死。这是高句丽灭亡前的最后一次胜迹。由于盖苏文在世期间一直未能采取明智的外交策略，导致唐朝与新罗联合必欲灭高句丽而后快。盖苏文在世时虽然尚能以高压控制高句丽政局，但高句丽内部已经危机四伏，当他死去时，高句丽已离覆亡不远。

    公元666年，在泉（渊）盖苏文死后，世子男生代为莫离支，但为二弟男建所逼，降于唐，造成高句丽内乱。唐高宗见状派契毖何力、庞同善等击高句丽，援救泉男生。

    不久，唐高宗以李绩为辽东道行军大总管，统帅诸军，分道合击高句丽。以后一年多时间，各战场捷报频传：李绩攻取高丽军事重镇新城(注：今辽宁抚顺北高尔山城)，并趁势将附近的16座城池全部攻下；薛仁贵在金山击破高句丽大军，斩首5万余级，攻下南苏、木底、苍岩三城，与泉男生军会师；李绩等攻占扶余城，斩俘万余人，扶余川中40余城亦望风归降，再战薛贺水斩俘3万余人，乘胜攻占大行城(注：今辽宁丹东西南娘娘城)。

    到了668年春夏，各路唐军会师，推进至鸭绿栅。高丽发兵抵抗，唐军奋勇出击，大败高句丽军，追奔200余里，攻拔辱夷城(今朝鲜永柔境)，高句丽其他各城守军或逃或降。唐军进至平壤城下，围平壤月余，高句丽王高藏派泉男产率首领98人出降。泉男建仍然闭门拒守，并多次遣兵出战，皆败。

    九月十二日，高句丽僧信诚打开城门，唐军冲进城中，俘男建，高句丽全部平定。唐平高句丽后，分其境为九都督府、四十二州、一百县，并于平壤设安东都护府以统之，任命右威卫大将军薛仁贵为检校安东都护，领兵二万镇守其地。高句丽第27代国王宝藏王高藏被唐朝俘虏，根据司马光《资治通鉴》的记载，高句丽贵族及大部分富户与数十万百姓被迁入中原各地，融入中国各民族中。另有部分留在辽东，成为渤海国的臣民，而其余小部分融入突厥及新罗。自此，高句丽国家不再存在于世。

    668年，高句丽灭亡后大批高句丽遗民展开了反对唐和新罗联盟的复兴高句丽运动。其中较为著名的有原高句丽将军剑牟岑，乞乞仲象和大祚荣等。唐曾多次试图在高句丽故地建立督府控制此地区，但都失败了。唐为管理原高句丽故地而设置的安东都护府，最初是由薛仁贵来管理的。但由吐蕃在西线的压力，唐朝开始羁縻治理高句丽故地，任命高句丽宝藏王高藏为辽东州都督、朝鲜王。后来宝藏王因暗中支持高句丽遗民起义被流放。宝藏王的儿子高德武接管了安东都督府。

    剑牟岑最初在百济故地汉城立宝藏王后裔安胜为王，试图重建高句丽，并得到了新罗文武王金法敏的支持。但后来由于内部纷争，剑牟岑被谋杀，安胜投靠到新罗。新罗给了安胜一片土地，让他建立了报德国。新罗从未放弃对高句丽遗民的警戒，后来新罗神文王灭亡了报德国，安胜被赐予新罗王室的“金”姓。数千部众被迁移到新罗南部地区，最后被完全同化于新罗人。

    粟末靺鞨酋长乞乞仲象和他的儿子大祚荣原是靺鞨人。高句丽灭亡后，698年，乞乞仲象和大祚荣在高句丽故地建立起震国（国名源于唐朝所策封的“震国公”）并占据了原高句丽的大部分国土。乞乞仲象去世后，713年，震国接受唐的策封改名为渤海国。韩国人在19世纪以前一直不认为渤海国是韩国古代国家。但由于韩国民族主义的兴起，为扩大本民族古代疆土的范围，渤海国被韩国主流历史界划入韩国史。

    10世纪初，弓裔为反新罗建立摩震国，韩国近代史家，把这段历史称为后高句丽。摩震国和后来取代新罗的高丽也都自称继承高句丽。但他们只是借用了高句丽的名称，与古高句丽并无实际联系。

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