贞观十八年（644年）十一月，李道宗担任辽东道行军总管李勣的副手，统兵东征高句丽。太宗李世民先派遣营州都督张俭渡过辽河侦察敌情，因张俭畏惧不敢深入高句丽境内，李道宗请求亲率一百骑兵前去侦查地形，并约定返回日期，后李道宗侦查险要地形、观测适合大军安营扎寨之处，返回时遇到高句丽阻断退路，另走小道如期返回。 次年四月，李道宗和李勣担任东征高句丽的先锋，一路渡过辽河，攻取盖牟城，俘获两万多高句丽士卒，粮食十多万石。五月，唐军兵临辽东城下，高句丽派遣四万士卒增援辽东，李道宗率领四千精锐唐军迎战，众人认为以寡击众，不如修筑壕沟坚守，等待太宗李世民亲率大军前来再攻敌。李道宗却认为敌军依仗人多势众，劳师远征，必然会轻视唐军，李勣同意李道宗的看法。两军交战之初，唐行军总管张君乂失利撤退，李道宗收拢剩余唐军，登高而望，后亲率数十骑兵冲击敌阵，与李勣两军合击，大破高句丽，斩杀敌人上千人。太宗李世民到来后，厚赏李道宗，并赐予其四十名奴婢。唐军攻打安市城时久攻不下，李道宗率部修筑土山攻打安市城，土山崩塌，李道宗部署作战不利，为敌军占据，后将战败归罪于部将傅伏爱并斩杀他。李道宗光脚请罪，太宗李世民认为土山丢失，并非他的责任，还亲自治疗李道宗的脚伤。
