距城约二十里，百济举倾国之兵来战，苏定方迎击，一场大战，打败了百济军，斩杀一万余人，唐军乘胜攻入外城。百济国王扶余义慈及太子扶余隆向北境逃去，苏定方进军包围百济都城泗沘城（今韩国忠清南道扶余郡），义慈次子扶余泰自立为百济王，率众坚守。义慈的孙子扶余文思说：“国王和太子虽然都出了城，但依然活着；叔父统领兵马，就擅自称王，如果唐军撤退，我父子性命就无法保全了。”
于是文思率其左右从城上缘索而下，很多人追随他，泰无法阻止。苏定方趁势命士卒登上城楼，树起唐朝旗帜。城中人心惶恐，扶余泰处境窘迫，于是打开城门伏地投降请求保全性命。其大将祢植又带着义慈来降，太子隆与众城主皆前来奉表归诚。
百济平定后，其国被分为五部，唐朝“以其地置熊津、马韩、东明、金连、德安五都督府，并置带方州”。五都督府下辖三十七州，二百五十县纳入唐朝版图。左骁卫郎将刘仁愿受命率领万名唐军并联合新罗王子金仁泰所率的七千新罗军，共同守卫百济府城（注：刘仁愿后来继任熊津都督，检校带方州刺史刘仁轨留守百济）。
显庆五年（660年）十一月一日，百济国第三十一代国王扶余义慈及太子隆、泰等五十八人被苏定方献俘于东都洛阳则天门。至此苏定方前后消灭三个国家，都活捉了他们的国王，赏赐的珍宝无法统计，唐廷“赐天下大酺三日”，并加授其子苏庆节为尚辇奉御。
大唐攻灭百济，是中国古代战争史上罕见的跨海两栖作战，规模空前，体现了唐朝初年强大的水军建设和先进的航海造船技术。高句丽失去盟国，从此陷入孤立境地，而唐朝却以百济故土为战略据点，对高句丽形成南北夹攻之势，为后来高句丽的最终灭亡打下坚实基础。
刘仁轨的官职也升为了检校将军兼方州刺史，从三品官职，在朝鲜半岛上是代表大唐帝国的一方诸侯了。
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