阿史那合真见状，心中松了一口气，尽管南城城墙也很坚固无比，但隋军兵力上的劣势，却使它不像北城那么难攻，今天完全可以将之攻克。
两架并行的攻城车轰隆隆的驶向南城，他们庞大的身躯占据了大半街道，阿史那合真担心两架都被城上隋军摧毁干净，连忙吩咐道：“先用一架，另外一架先留着。”
“是。”亲兵连忙过去安排。
就在这时，一名巡哨飞奔来报，大声说道：“叶护，十里之外出现大量隋军骑兵，他们足有六七万人，正向这边杀来！”
阿史那合真听得心头大惊，连忙问道：“哪来的隋军？难道是步度打败了？”
“不是！”巡哨连忙说道：“这支军队是从西北方来的，他们以箭矢之势杀向了大营。”
阿史那合真听得心惊胆战，大营之中的精兵所剩无几，剩下的要么是伤兵，要么是损失惨生的铁勒兵，若是几万名以逸待劳的隋军士兵杀向大营，营盘是的士兵肯定抵挡不住，当即下令道：“后军为前军，退守大营。”
他下完命令，焦急的调转马头向奔去，忽然，身后的士兵传来一阵惊叫，阿史那合真回头一见，只见密集的陶罐从城上丢了下来，紧接着便是漫天火箭飞了下来，被火油淋了个正着的士兵身上纷纷起火。
一片混乱的城前士兵你推我搡、相互拥挤践踏，拼命向北逃，但密集的人群，以及堵道路上的攻城车却使逃跑变得十分艰难。
吓得魂飞魄散的阿史那合真在亲兵护卫下，向北逃去。然而布在两边山上的投石车也纷纷发威，将一块块巨石砸向北城的木制建筑物，与此同时，两边的滚木也翻滚而下，它们受到突出的山体阻碍，纷纷弹飞而来，砸向了更远的地方。
坍塌的建筑物木料，以及滚木、石块，很快在城内形成了一道乱七八糟的难以逾越的天堑，死死的拦住了突厥兵的退路。当这道天堑形成，山上投石车便把一个个装满火油的木桶抛射而下。一时间木桶破碎，火油四溅，然后又是一片漫天火箭从天而降。宽约十丈的大火之墙很快就形成，令突厥士兵难以逾越。
之后，那些轻便的小型投石车调转头来，朝城内发射火油桶、火箭。
城内的火势越烧越大，而一罐罐、一桶桶火油还从三个方向不断抛下，四溅的火油加大了火势，大同城顷刻之间变成了一个巨大的“火盆”，着了火的火人到处奔逃，摔倒的人在火中挣扎，凄厉的惨叫之声响彻整个城池，阵阵肉香冲天而起，数里可闻。