在唐军进攻西贡城时，罗夷关和城北方向先后有两支吴哥军过来增援，被阻援的襄人部队挡在外围，始终无法支援城内的吴哥军。
唐军占领西贡城后，经过短暂的休整，唐军开始掉头进攻罗夷关，罗夷关的吴哥军被唐军从后方进攻，彻底失去了险关的优势，只能依托一些民房和树木进行阻击。在唐军优势的火力打击下，守军逐渐溃散，放弃关口向北逃往吴哥腹地。
唐军并不追赶，而是掉头向南，开始对头顿城展开进攻。头顿城位于海边的突出部，在陆军部队封锁头顿的陆上通路后，海军炮火开始进攻。
经过几轮炮火的打击后，头顿守军支撑不住，陆上逃跑的通路又被封死，只能打起白旗投降。仅仅两三天的功夫，唐军就先后南下吴哥国三个要地，彻底撕破了吴哥军的防御体系。
镇南军在西贡城休整了几天，拿出吴哥府库的财物犒赏唐军，而后又补充了一些军粮物资。王之孝考虑到西贡城地理位置优越，是一个重要的城市，决定在此地留下一个骆瓯团，与吴哥的降臣组成一个临时政府，在当地进行管理。
镇南军继续南下，沿途的几个小城望风而降，一直打到湄公河出海口附近的芹苴城。由于整个吴哥王国基本上是沿着湄公河建立，非常重视芹苴城的防守，在这里派了三万人防守。芹苴城位于湄公河西岸，非常方便唐朝水军的炮火发挥，经过两天的水陆夹攻，芹苴城也最终陷落。
芹苴城丢失以后，吴哥王国门户大开，镇南军溯河而上，开始进入吴哥王国的腹地。沿途的各个城镇根本无法抵挡唐军的进攻，纷纷陷落，吴哥军不断后退。
数日后，唐军到达吴哥的中部大城金边城，吴哥军已经退无可退，在这里收拢溃兵，聚集了四万人在这里防守。普通的城镇有河流作为天堑本是优势，但是在唐朝强大水军面前，临河反而是劣势。
经过唐军水军炮火的持续打击，吴哥守军觉得很难守住此处，与其死耗，不如退往内地，寻找其他合适的地形阻挡唐军，于是趁夜沿着洞里萨河向北撤退。
经过两三天的攻击，唐军又顺利进占金边城，唐军上下志得意满，觉得吴哥国将和林邑国一样，唾手可得。王之孝在金边城留下一个僚越团，巩固对当地的占领，率军继续向吴哥内地进攻。
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