李愬命令柳二虎率士兵攻打院墙。柳二虎用飞镖将吴济元的亲兵杀死大半，吴济元让士兵封锁住外门，继续顽抗。柳二虎让士兵扛来柴草放火烧外门。蔡州的百姓受够了吴济元的苦，都扛着柴草来帮助唐军，外门很快被烧坍。唐军涌进门里，吴济元退入内院，唐军往内院射箭，那箭密集得像雨卢一般，吴济元没办法了，只好哀求投降。柳二虎要杀了吴济元为老蔡头报仇，被李愬拦住了，说：“现在杀他反而便宜了他，押到京城，朝廷自会惩处这恶贼的！”
　　
　　攻下蔡州后，将领们向李愬请教，“当初你打朗山，打了败仗反而高兴，在吴房杀了敌将，却不趁胜拿下这地方；这次又冒大雪孤军深入敌人巢穴，困难再大也不畏缩后退，终于一举取胜，这是什么道理呢？”李愬解释说：
　　
　　“我故意在朗山失利，让敌人轻视我们，对我们不多加防备。如果我们拿下吴房，那里的守敌会逃回蔡州，合力死守；留着吴房不取，用来分散敌人兵力，有利于我们袭击蔡州。大风大雪，敌人看不清报警烽火，无法知道我军行踪。孤军深入，大家懂得处境危急，要求生必须得拚死力战，因此有把握大获全胜。”