任当地亲唐的首领临时管理城市，自己率军继续向塔希尔首府尼沙普尔进发。
尼沙普尔位于一个山谷中的绿洲上，从赫拉特往尼沙普尔的路上依然以荒漠和山地为主，路上的行程颇为不易，经过十余天的行军，唐军抵达尼沙普尔东部山区。
唐军在行军途中遇到一个山谷，谷口附近有些塔希尔军驻守，经过唐军的打击，谷中的守军沿着山谷溃逃，唐军前锋立即展开追击。
唐军前锋将领何国强进入山谷后发现，塔希尔军竟然没有利用山谷两侧的地形设伏，山谷内也没有设置任何障碍，虽然进军比较顺利，但是心中隐隐有些不安，所以有意识的减缓了追击的速度，后面干脆停了下来。
唐军刚停下来，前面已经逃跑的塔希尔军又折回，向唐军示威了一番，又继续逃走，何国强更加觉得可疑，坚持在原地等待，不再前进。前面的塔希尔军刚逃走不久，山谷两侧突然传出巨大的爆炸声，落下来大量的石头。
原来，塔希尔军提前在山谷两侧埋设了火药，故意引诱唐军来攻，唐军进入山谷后并没有进入山谷深处，但是靠近前方的一些士兵还是被石头砸中，产生了较大的伤亡。
等李愬赶来，发现有三百多唐军被砸死砸伤，心中不免愤怒不已，当即命令后续的部队清理山石，抢救伤员，然后指挥部队通过山谷，发誓要重惩塔希尔军。
唐军出了山谷以后，就看到了尼沙普尔城，尼沙普尔作为塔希尔的首府，城市颇具规模，是一个典型的波斯城市，塔希尔王朝聚集了约五万多人守卫这个城市。
唐军到达城东后，按照以往模式，派出兵力从南北两个方向包围过去。城内的塔希尔军不甘心被围，派兵从南北两个城门冲出，企图截击两翼的唐军，经过一番激战，出城的塔希尔军被唐军击败退回城内。当晚，塔希尔军再次出城夜袭唐军，又被唐军击败，被迫退回城内。
次日，有一万多前来支援的塔希尔军抵达城西，当即对城西的唐军展开进攻，城内看到城外有援军过来，当即也派出兵力出城接应，三股军队在城西展开了激烈的交战。
唐军虽然战斗力较强，但是在城西的兵力不多，在城内外两股塔希尔军的拼死进攻下，产生一定的伤亡后被迫后撤，城外支援的塔希尔军趁机突入城内。
李愬调集一个襄人团加强到城西一带，继续包围城市，并开始炮击城市。城内的塔希尔军不甘心被动挨打，夜间又派出大股兵力从南门出来夜袭，这里的唐军早有准备