阿史那合真見狀，心中松了一口氣，盡管南城城墻也很堅固無比，但隋軍兵力上的劣勢，卻使它不像北城那么難攻，今天完全可以將之攻克。
兩架并行的攻城車轟隆隆的駛向南城，他們龐大的身軀占據了大半街道，阿史那合真擔心兩架都被城上隋軍摧毀干凈，連忙吩咐道：“先用一架，另外一架先留著。”
“是。”親兵連忙過去安排。
就在這時，一名巡哨飛奔來報，大聲說道：“葉護，十里之外出現大量隋軍騎兵，他們足有六七萬人，正向這邊殺來！”
阿史那合真聽得心頭大驚，連忙問道：“哪來的隋軍？難道是步度打敗了？”
“不是！”巡哨連忙說道：“這支軍隊是從西北方來的，他們以箭矢之勢殺向了大營。”
阿史那合真聽得心驚膽戰，大營之中的精兵所剩無幾，剩下的要么是傷兵，要么是損失慘生的鐵勒兵，若是幾萬名以逸待勞的隋軍士兵殺向大營，營盤是的士兵肯定抵擋不住，當即下令道：“后軍為前軍，退守大營。”
他下完命令，焦急的調轉馬頭向奔去，忽然，身后的士兵傳來一陣驚叫，阿史那合真回頭一見，只見密集的陶罐從城上丟了下來，緊接著便是漫天火箭飛了下來，被火油淋了個正著的士兵身上紛紛起火。
一片混亂的城前士兵你推我搡、相互擁擠踐踏，拼命向北逃，但密集的人群，以及堵道路上的攻城車卻使逃跑變得十分艱難。
嚇得魂飛魄散的阿史那合真在親兵護衛下，向北逃去。然而布在兩邊山上的投石車也紛紛發威，將一塊塊巨石砸向北城的木制建筑物，與此同時，兩邊的滾木也翻滾而下，它們受到突出的山體阻礙，紛紛彈飛而來，砸向了更遠的地方。
坍塌的建筑物木料，以及滾木、石塊，很快在城內形成了一道亂七八糟的難以逾越的天塹，死死的攔住了突厥兵的退路。當這道天塹形成，山上投石車便把一個個裝滿火油的木桶拋射而下。一時間木桶破碎，火油四濺，然后又是一片漫天火箭從天而降。寬約十丈的大火之墻很快就形成，令突厥士兵難以逾越。
之后，那些輕便的小型投石車調轉頭來，朝城內發射火油桶、火箭。
城內的火勢越燒越大，而一罐罐、一桶桶火油還從三個方向不斷拋下，四濺的火油加大了火勢，大同城頃刻之間變成了一個巨大的“火盆”，著了火的火人到處奔逃，摔倒的人在火中掙扎，凄厲的慘叫之聲響徹整個城池，陣陣肉香沖天而起，數里可聞。