同时，秘密潜入城内的渤海籍细作已与外城渤海头目取得了联系。
渤海壮丁们暗中传阅着唐军的劝降信，几个领头的统兵官在城根下一间漏雨的草棚里碰了头。
他们没有争论太久，便约定了起事的信号。
南门城楼举火为号。
决战之夜，月黑风高。
辽阳城南门城楼上忽然亮起了三堆火。
那是外城渤海壮丁堆放的火，火光映红了半边城墙。
契丹守兵还没反应过来，渤海统兵官赵元贞便带着麾下壮丁砍翻了南门甬道内的契丹监军，放下了吊桥，推开了城门。
城外早已蓄势待发的唐军前锋如决堤般涌入南门。
弓弩手抢占城楼，刀牌手沿城墙向东西两面展开，喊杀声震天。
外城守军一触即溃.
渤海壮丁们扔掉兵器，抱着头蹲在城墙根下，契丹残兵四散奔逃。
耶律觌烈在睡梦中被亲兵推醒。
他披甲冲上内城城楼，看见外城已是火光冲天，喊杀声由四面八方席卷而来。
他收拢剩余契丹亲兵，退守内城，下令紧闭内城四门，将所有契丹部族兵全部压上城头，死守内城墙。
符彦卿站在外城南门城楼上，望着不远处那座灯火通明的内城，下了最后一道攻城令。
云梯搭上内城墙，弓弩手密集压制城头，投石机将最后的石弹倾泻向内城箭楼。
激战持续了整整一夜。
内城城头被云梯攀上的唐军刀牌手撕开多处缺口，契丹亲兵节节后退，退到街巷，退到府衙，退到无路可退。
节帅府门被撞槌砸开的那一刻，耶律觌烈站在正堂石阶上，被唐军士卒按倒在地。
天明时分，内城全部肃清。
顽固契丹亲兵被全歼，耶律觌烈被生擒。
吕余庆带人封存了辽阳府库与粮仓，清点户籍，登记辽东全境田亩。
渤海降兵被择优整编为辽东辅兵，汉民与渤海百姓就地安置，分发遣散粮，鼓励返乡耕种。