兩個關堡為定北城爭取了數日的時間，接下來便是定北城真正面對考驗的時候。
定北城的構造跟兩個關堡差不多，也是六稜城堡。只是比兩個關堡大，兵也多，但反而更難防。
整個定北城，實際上只修建了內城，外城基本上也是用柵欄代替的。
一年的時間，在人力稀缺，資源稀缺的漠北，修建出兩個關堡和一個內城，已窮盡了韋雲起的力量。而剩下的外城，則需要時間。
此時韋雲起已經把所有人集中到內城之中，整個外城則全部放棄。
內城每面城牆為一百二十米，佔地約五十六畝，也算是規模不小了。
十月四日一早，天剛蒙蒙亮，這場戰爭尚未開始，雙方皆是緊張而有序地做著戰前準備工作。
滿城之人，盡被動員起來。以五十人一隊，各行其是。
城頭上布滿了各色的滾木和石塊，一堆一堆，碼得整整齊齊。大鐵鍋里的金汁燒得鼎沸，臭氣燻天。有一群人在拿著弓箭、短矛不斷地插入金汁之中，又抽出放好。城牆上床弩、弩炮一字排開，寒光凜冽。而在城內側，還有一排投石器，正好處在城外弓箭射擊角度的盲區。
而四面的突厥軍中，則準備好了大量的攻城梯，還有整戈待發的弓騎兵。
突厥聯軍仍準備使用之前的辦法，先是弓騎兵壓制城頭，接著弓兵強攻距離，最後是步兵蟻附。
阿史那俟利弗並不認為之前的戰術有問題。
兩個關堡高而小，不易展開攻擊。而定北城與之相比，則攻擊面更寬廣了許多。
此次進攻，各部分四個方向攻擊。
阿史那俟利弗在西，阿史那咄苾在南，韋紇部在北，而阿史那突鄰和李孝興在東。
各家之間各懷心思，相互之間也互不信任，所以也不用打什麼配合，各戰各的便是。
差不多到了巳時左右，攻擊一方終于開始出擊。
如之前的西關堡之戰一般，突厥軍隊第一波攻擊非常迅猛。突厥聯軍也知道守軍數量不是很多，因此盡可能地發揮兵力充足的優勢，消耗守軍。
一波又一波的弓騎兵從定北城下掠過，帶起的箭雨鋪天蓋地，密不透風。
突厥人充分發揚了他們善于騎射的本事，不少的隋軍都為流矢所射中。
隋軍二千余人，分守六面城牆，再加上預備隊，各面城牆的守軍數量可想而知。二三百人帶著一群牧民，每一個隋軍士兵的生命都無比重要。
弓騎兵騎射之後，便是步兵蟻附。
這一次阿史那俟利弗吸取了之前的教訓，他知道自己麾下的步兵攻城器械水平太差，因此為了給步兵創造機會，他竟然命大部的步兵前出到西城牆四十步的距離，不避箭矢，不歇息地對城頭進行射擊。
阿史那俟利弗清楚，只要壓的隋軍抬不起頭，這蟻附必然是事半功倍了。
果不出他所料，隋軍等到弓騎兵過去後，面對蟻附的步兵，剛抬起頭來，就被弓箭手壓制住。
隋軍為了還擊，不得不與之對射。
可突厥人弓箭手的數量是隋軍的數倍，又精于射術，隋軍就是有投石器、床弩，亦沒法壓制住這個箭雨。
而與其對射，乃是相互消耗，即使突厥人用五人換隋軍一人，可這麼打下去，先撐不住的也是隋軍。
韋雲起看得臉色青紫，也沒有辦法。
拼消耗，自己撐不住；不拼消耗，城外的突厥人就攻到城頭上了。
「突厥人以兵多破我，城外弓箭手，如入無人之境，非得驅兵破之，方能使其畏懼，不敢再近至城下。」
韋雲起看向眾人，他這時準備驅兵出擊。
「騎兵百人，馬踏胡人弓弩手，誰敢領命？」
眾人還沒說話，這時一名看起來不過才二十歲左右的小將站出來高聲喊道︰「末將敢去！」
說話之人，乃是馬軍一名校尉李芝。
李芝是臨洮郡臨潭人，出身軍武世家，以良家子身份從軍。他原是雁門郡的一名旅帥，後來其部被黃明遠打包送往了安北。
此時見李芝請命，韋雲起也壯之，乃倒酒一碗，端給李芝，又言道︰「滿飲此酒，誓殺胡虜。」
李芝端起酒碗，一飲而盡。
「不破城外突厥弓弩手，末將死不還營。」
韋雲起拍拍李芝的肩膀，毅重地說道︰「定北城不要你們死，都要活著回來。」
李芝點點頭，乃率一旅之眾，集結到城外。
此時城門緩緩打開，露出允一騎通過的縫隙。
李芝一馬當先，手握長槊，向著前面的突厥弓弩手就沖去。
這些突厥人離著城門不過三四十步，皆無防備，誰料想幾乎是一眨眼的功夫，隋軍的戰馬便躍到這群人面前。
李芝左手一勒戰馬，右手緊握著長槊，狠狠地向前刺去。
槊未至，戰馬前蹄高舉落下，便已經踏翻最前面的一人。而李芝的長槊則是狠狠地扎入第二個人的身體之中。
而且李芝力大，這一槊含怒而擊，竟然破體而出，直透第三人。
李芝一擊既中，並未留力，單臂將長槊抽出，回身一掃，另一只手順勢握住長槊尾部，接著便又是一刺，將身前之人刺倒。
如此一掃一刺，一刺一掃，李芝連殺數人，如入無人之境。
而李芝身後的百余騎，就如百余頭猛虎，狠狠地扎入突厥軍中。
突厥人根本沒想到隋軍竟然一開始便敢主動出擊。除了突厥人實力佔優，一開始西堡的封堵城門也給了阿史那俟利弗錯覺，以為隋軍只敢堅守，不敢出戰。
此時百余騎隋軍殺入突厥軍中，左沖右突，縱橫馳驟，逢人便殺，無人敢當，于是整個突厥軍中的前出弓弩手大潰，死傷慘重，再無復之前的壓力。
而沒了這些弓弩手壓制，隋軍的防御便好打了。
滾木礌石，熱油、金汁齊出，只殺得蟻附之兵丟盔棄甲、哭爹喊娘。整個西城外陷入殺戮之中，突厥軍的尸體擺滿了整個城牆外側。
李芝率部殺破敵軍，透陣而出，也不留戀，便向北城門而去。其軍在北面再次殺透敵陣，從容而退，返回城中，只留下一地雞毛的聯軍陣營。