陈弘岭率领一万镇西军早已在南侧布好口袋阵，大食军还没接近，唐军的炮兵就已经开始射击，大量的大食骑兵被炸死扎伤。
大食军被迫又向其他方向逃亡，但是各个方向的唐军都压了过来，导致大食军无路可逃。
这些大食军决定集中兵力向**围，与赶来合围的一个契胡团激烈交战起来，这个契胡团最终抵住了大食军的冲击，大食军依然无法突破包围圈。
大食军左冲右突，包围圈却越来越小，大食军的伤亡越来越大，眼看突围无望，继续顽抗下去极有可能覆灭，被迫向唐军投降。
此役，唐军一共击毙五千多大食军，俘虏七千多，只有少量的大食军得以逃脱，唐军阵亡不足一百人，形成了压倒性的胜利。
陈弘岭将大食俘虏全部送到费卢杰集中关押，而后按照这个办法又在巴格达城北的塔吉一带，又剿灭了一股八千多人的大食军。至此，巴格达周边大股的大食军基本被消灭掉，唐军可以放心进攻巴格达。
陈弘岭完成对城外大食军的清剿后，吴元济终于带着第五路军从代尔祖尔沿着幼发拉底河赶过来，三路军会师巴格达。
尽管三路军各有一些损失，但是总兵力加起来也接近九万人，对比城内的十万大食军，李愬对攻打巴格达志在必得。与此同时马蒙也感受到巨大的危机，在城内征兵拉夫，大规模扩充兵力，准备作最后的殊死一战。
李愬召集三路军的将领，先是讲了一下第六路军第一次进攻巴格达失败的教训，然后开始讨论进攻巴格达的方案。
吴元济率先发言：“按照我们打大马士革的经验，估计他们还是会玩巷战那一套，我们已经总结了新的战法，不怕他们。”
张广孝补充道：“搞巷战，小炮必须入城，这样遇到敌人的新式武器和坚固据点，入城部队也会有强大的火力支持。”
陈弘岭则说：“末将认为，在轰炸城墙时，可以先在两端炸开两个缺口，最后再炸出中间的缺口，这样墙内的石油管道就会被彻底炸断，中间的缺口就相对比较安全。”
李愬说：“大食军诡计多端，不可能轻易束手就擒，这次进攻巴格达我们不求快，但求稳，步步为营，三军同时出动，一定可以拿下巴格达。”
张广孝说：“好，我们就参照一、二路军打华氏城的打法，一半人围城，一半人攻城，这样稳妥一些。”
吴元济喜欢单干，喊道：“干脆，三个军各负责一段，各自分配兵力，谁能打进去就是好汉。”
李愬也赞成这个提法，就说：“好，到时候我将包围圈分成三段，各自调派兵力，从三个方向同时攻进去，让大食军顾此失彼，一定可以彻底拿下巴格达。”
会后，李愬在地图上将巴格达的城墙分成三段，由于第六路军还有几个契胡团，就多分了一些，第三路军从东面主攻，第五路军从西北方向主攻，第六路军从南面主攻，三军攻入城内后，进行向心攻击，以黑衣大食的皇宫作为核心目标。
李愬给各军三天的准备时间，三日后的早上，准时发起攻击。各军受领任务以后，开始大规模调派部队，分配任务，设置阵地，分发弹药，准备大干一场。
各军都先后经历了多次大战，有了丰富的作战经验，但是巴格达之战毕竟事关重大，各军准备的更充分一些。在巷战中，除了火枪之外，小炮和单兵炸弹也是两个利器，各军都准备利用步炮协同，发挥更大的作战威力。
到了攻城时间以后，第六路军在城南率先发起攻击，李愬按照陈弘岭的建议，在城南选择一个城门，在城门的左右三十丈处，各选择一个地方进行猛轰，然后再轰击城门。
由于黑衣大食军的连续加固，巴格达的城墙又高又厚，李愬动用了所有的炮兵连续轰了三天，才轰出了三个缺口。
打开缺口以后，唐军先锋部队开始从中间的缺口入城，由于有了上次的教训，这次唐军比较小心，稳步往里推进，不敢打的太快。
唐军轰开缺口以后，大食军又往墙体内的管道里灌石油，并用火箭射燃。由于管道已经被炸断，石油只能流到两边的缺口，中间的缺口根本没油，无法点燃。
入城的唐军看到后路无虞，开始大胆的往里攻，但是里面的大食军依然不好对付。有的大食军用抛石机扔来一些炸弹，有的直接从从建筑物里扔出炸弹，对入城的唐军形成较大的威胁。
唐军先抢占一片区域，然后就地架炮，用小炮对准抛石机进行射击，抛石机在射击精度和距离上都无法赶上小炮，一个个抛石机被小炮击毁。
对于建筑物内的大食军，唐军更加轻车熟路，采用交替掩护的方式，逐个建筑物进行搜索攻击，对于大食军比较多的建筑物，干脆直接用小炮瞄准轰击。
第一阶段的攻防都在唐军的预想之中，所以进展比较顺利，第二波唐军紧跟着入城，开始加大攻势。
没想到，大食军在城内也埋设了一些石油管道，一些石油从街道旁边的喷口中涌出，然后被大食军用火箭点燃，阻止了唐军的前进。唐军干脆对着喷口附近的建筑物猛轰，将建筑物轰塌，将喷口压住，火势逐步减弱，唐军继续往里攻击。
唐军刚前进一段，大食军又整出了新玩意，突然发射出一些飞射弹向唐军方向袭来，有些飞射弹就在唐军附近爆炸，造成了一些死伤。
原来，大食军也琢磨出了飞射弹的制作方法，这个东西制作起来不复杂，大食军就批量制作，留在最后的时候发挥作用。但是，飞射弹有一个很大的缺点，那就是准确率不高，只能打击面状目标。
虽然飞射弹的精度不高，但是也耐不住数量多，对唐军的攻城行动产生了很大的威胁。
唐军干脆将小炮搞到屋顶上，对着飞射弹发射的地方进行轰击，由于小炮的射击精度高，很快就将几个飞射弹的发射点打掉，有些发射点甚至产生二次爆炸，给大食军造成了很大的损失。
第三、第五路军也基本是按照相似的战法先后攻入城内，在三路大军的进攻下，给城内的大食军造成了极大的压力。城内的大食军虽然拼死抵抗，但是根本无法阻挡唐军的攻势，唐军就是一个街道、一个房屋的争夺，逐步抢占了大片的区域。
就在唐军集中兵力攻城之时，城**然出现了情况。原来，拉赫曼在大不里士纠集了两万多大食军，赶来巴格达勤王。
张广孝发现又来了一股大食军，立即让围城部队分兵阻挡，城内的大食军趁机突围，城东爆发了激烈的交战。
张广孝命令城外的大炮调转炮口，对着拉赫曼率领的军队猛轰，镇海军的其他部队暂缓入城，先集中兵力对付城外的大食军。
经过两个时辰的激烈交战，拉赫曼率领的大食军始终无法与城内的大食军汇合，反而在唐军的打击下，损失惨重，最后不得不仓皇向北逃跑。
拉赫曼的军队逃走以后，那些突围出来的大食军就成了孤军，遭到唐军的集中围剿，这些大食军逐渐不支赶紧从城门处退回城内。镇海军岂会放过这么好的机会，紧跟着这些溃兵入城，进一步扩大了唐军的攻击范围。
经过一天的激战，唐军抢占了大片区域，按照这个速度，唐军三天内就能攻占整个巴格达城。哈里发马蒙不甘心失败，对城内所有的军民发出圣战的号召，让他们拿起武器，拼死抵抗异教徒。
黑衣大食的统治者平时穷奢极欲，大肆压榨百姓，此时想起利用宗教口号，利用底层人民充当炮灰。有些人根本不相信他的鬼话，但还是有一些无脑的军民听信他的蛊惑，参与到抵抗唐军的序列。
第二天，很多大食军向唐军拼死反扑，他们在唐军优势火力的打击下伤亡惨重，但是仍前赴后继，高呼着圣战的口号向唐军冲来。
唐军也是杀红了眼，枪炮并用，对于敢于冲来的大食人无情的射杀，在各个街道内展开了大规模的杀戮。
大食人的炮灰数量毕竟有限，到了第三天大食军逐步显现出颓势，各路唐军逐步攻入巴格达的中心区域，对于敢于阻挡的大食军一概射杀。
在唐军的强大攻势下，大食人开始感到了害怕，逐步往后退缩，最后全部退到了哈里发的皇宫。唐军扫平巴格达城内的其他区域后，最后将哈里发皇宫层层包围，要求里面的大食军投降，否则就将发动总攻。
哈里发马蒙发动圣战让别人去送死，自己却不愿意死，最后关头选择投降，让守军打出了白旗。经过连续三天的进攻，唐军终于拿下巴格达，李愬下令将所有俘虏赶到城外，集中看押起来，将马蒙单独关押。
李愬带着张广孝、吴元济等人来到哈里发的皇宫，发现里面奢华无比，再打开宫中的府库，里面存放着大量的金银珠宝，远远超过了李愬等人的认知。
吴元济看到有这么多的珠宝，眼都看直了，当场建议将这些珠宝分给三军部队。李愬则认为，这是一笔巨大的财富，如果全部瓜分肯定不合适，决定拿出其中三分之一的金银分给各军，其他的则封存起来，后面交给朝廷。
张广孝也觉得全部瓜分不太合适，怕朝廷后面怪罪下来，也同意李愬的意见，吴元济只能无奈接受。
战后，李愬命人统计巴格达之战的战损情况，唐军阵亡三千多人，一万多人受伤，大食军则阵亡四万多人，六万多人被俘。
总体来看，第二次巴格达战役，唐军占据了绝对的优势，三个军的阵亡数量比第一次还低，算是一场比较成功的攻城战。
唐军拿下巴格达之后，已经到了九月初，李愬让部队原地休整一番，计划后续将黑衣大食残余的地方拿下后，再进攻拜占庭帝国。
唐军休整到第三天，范希朝突然派人送来一封信件，信里说李纯考虑到唐军由于连续作战，伤亡较大，打下巴格达之后，只要拿下包括亚美尼亚的大食全境就结束任务，不再进攻拜占庭。
原来，李纯在后方先后收到各军的战报，发现各军伤亡不小，特别是范希朝送来关于第一次巴格达战役的战报后，李纯特别心痛，认为拿下黑衣大食就好，不愿因进攻拜占庭产生新的伤亡，就调整计划，将拜占庭调到第三波进攻计划。
看到皇帝如此体恤部属，唐军将领非常感动，几支部队连续作战，经历了好几次恶战，确实伤亡巨大。光是第六路军前后就阵亡七八千人，第三路军的伤亡也很大，第五路军由于后方留人，所剩部队也不是很多。
既然上面已经减少任务，李愬等人决定将最后的战斗打好，把大食剩下的亚美尼亚和波斯西部拿下来。