太宗亲自为李道宗针灸疗伤，又将失职的果毅傅伏爱斩首示众，可唐军连攻三日，依旧无法破城。
此时已近深秋，辽东天气骤寒，草木枯萎，河水结冰，士卒与战马都难以久留，军中粮草也渐渐耗尽。太宗望着坚不可摧的安市城，长叹一声，终下令班师回朝。
临行之前，太宗感念安市守将忠心守城之志，特意派人送去缣帛百匹，以示嘉奖；又命李世勣、李道宗率领四万步骑殿后，迁徙辽、盖、岩三州百姓七万余人迁入中原，大军在安市城下耀武扬威一番，缓缓撤退。
渡辽水之时，辽泽之中泥泞不堪，车马难行。长孙无忌亲自率领一万士兵割草填道，水深之处便用战车搭成浮桥，太宗也亲自把柴草系在马鞘之上，与士兵一同填路。恰逢天降暴风雪，不少士兵衣湿体寒，冻饿而死，太宗心痛不已，下令沿途燃火等候，救助掉队士卒。
班师途中，太宗回想此次东征，损兵数千，战马十死七八，终究没能攻灭高丽，心中悔恨不已，叹道：“若是魏征还在，必定不会让朕有此行啊！”
当即下令派人快马驰驿，用少牢之礼祭祀魏征，重新立起被推倒的魏征墓碑，又召魏征妻儿前往行在，厚加赏赐抚慰。
同年十二月，太宗行至并州，忽然身染痈疮，疼痛难忍，步履维艰，只能乘坐步辇前行。太子李治见父亲病重，日夜不离左右，亲自为太宗吸吮疮口，又徒步扶着步辇，一路随行数日。太宗看他如此仁孝，心中方才稍感安慰。
可远在定州的后方，却再生祸端。褚遂良暗中诬告刘洎，说他口出狂言，称“陛下身体不豫，自己应当效仿伊尹、霍光，辅佐少主，独掌大权”。太宗本就记恨刘洎昔日狂言，听闻奏报勃然大怒，当即下诏，赐刘洎自尽。一代忠直大臣，就此含冤而死，令人唏嘘。
贞观二十年三月，太宗车驾终于返回京师长安。历经辽东风霜雨雪，这位雄才大略的帝王鬓角更添华发，储位更迭的动荡、亲征无功的遗憾，让他再也没有了早年的意气风发。
他深知太子李治仁弱，便倾尽全力悉心教导：吃饭时教他知晓稼穑艰难，骑马时教他爱惜物力，乘船时教他“水能载舟，亦能覆舟”的道理，还亲自撰写《帝范》十二篇，传授李治，一心盼他能守成兴业，守护好李唐江山。
辽东经此一役，虽未亡国，可国力大损。太宗也明白高丽依山守城，难以迅速攻灭，便改弦更张，派遣小股部队轮番袭扰，让高丽百姓无法安心耕种。短短数年之间，高丽千里萧条，为日后高宗李治一
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