西域铁勒地区的各个部落归顺大唐后，几年里相安无事。龙朔年间，回纥部落酋长比粟，开始纠合仆骨、同罗两个部落侵犯大唐边境。高宗派左武卫大将军郑仁泰为铁勒道行军大总管，左武卫将军薛仁贵和燕然都护刘审礼为副将，率领五万大军去征讨回纥。回纥也召集了十多万人马前来抵挡唐军。
薛仁贵带着几十名骑兵当先开路，正巧与番兵相遇。番兵见他兵少，也挑选了几十名精锐骑兵前来挑战。薛仁贵大喝一声：“番兵休走！看看本将军的箭法。”话没说完，薛仁贵的第一箭就出手了，嗖的一声，正中番兵的第一人，只见他摔落马下，当即呜呼毙命。薛仁贵又喊道：“番兵留神！看本将军的第二箭！”箭声响过，第二个骑兵又被射死。薛仁贵紧接着喊：“看本将军的第三箭！”这话刚说出口，只见番兵一阵惊慌，个个圆睁着双眼盯着那箭，只恐被它射到。薛仁贵虚拉一下弓弦，箭仍然留在手中，敌兵那边已经吓得胆战心惊，左闪右躲。薛仁贵笑道：“像你们这种没用的东西，还来打什么仗？本将军的箭还没出手呢，不必这么慌张，我要挑一个大胡子的人，赏给他一箭。”敌兵中正巧有一个络腮胡子，听了这句话拨马就跑，不料薛仁贵的箭已经射到，从背后一箭穿心，连一声都没喊出来，当即落马而亡。三箭射完，唐军大部队也赶到了，敌兵正要逃跑，薛仁贵又大喝一声：“你们如果不想死，就快快投降！否则我军一齐放箭，看你们谁能活命？”
敌兵已经被薛仁贵吓破了胆，只好一齐下马，跪地投降。薛仁贵乘胜追击，收降了两万多人，其余的都从碛北逃走。薛仁贵担心投降的敌兵难以驾驭，发生兵变，就假装命令敌人随唐军翻越天山，到了山顶，又传出一道军令，把投降的敌兵一齐赶下山谷。天山两旁都是悬崖峭壁，敌兵全部粉身碎骨。继而唐军越过碛北，追赶逃走的残兵败将，又是一番斩杀，活捉了叶护兄弟三个人，方才收兵回营。将士们编了句顺口溜，作为凯歌唱道：“将军三箭定天山，壮士长歌入汉关。”
高宗派右骁卫大将军契苾何力为铁勒道安抚使，安抚收降的部落。契苾何力只带了五百名精锐骑兵来到铁勒九姓的部落，番兵全都吓破了胆。契苾何力对他们说：“大唐朝廷知道你们都是被捉来打仗的，特地派我来奉诏赦免，你们只要将罪魁祸首交给我，其余的人我概不追究。”番兵于是捉住了叶护及设特勒等二百多人，交给了契苾何力。契苾何力将这些叛逆就地正法，其余的不再追究，铁勒九姓再次安定。
第二年，高宗派郑仁泰讨平了铁勒的残兵败将，把燕然都护府设在了回纥，改名瀚海都护。迁瀚海都护到云中古城，改名云中都护。以碛岭为界，碛北归瀚海，碛南归云中。继而又改称瀚海都护为安北都护府，全部归大唐管理。
龙朔四年正月，高宗改年号为麟德，准备举行封禅大典。李义府趁机卖官，又与许敬宗制定新礼仪，改订官名，并参与修订国史及氏族志。这些做法，无非是在党同伐异，揽权营私。满朝文武怨声载道，高宗略有耳闻，便当面警告李义府。李义府却拉下脸来说：“是谁告诉陛下的？”高宗道：“你还用问朕吗？”李义府也不谢罪，昂头离去，高宗大怒。一天，李义府与术士杜元纪微服出城，察看风水。有人秘密报告了高宗，高宗怕他们有什么阴谋，就派李绩捉拿审问。这下子审出了许多罪状，于是将李义府撤职除名，流放到巂州，这让朝廷上下拍手称快。只是许敬宗仍然得宠，所有封禅礼仪大多由他制定，势力如日中天。
麟德二年，高宗命许敬宗修订奠献礼仪。皇上带头祭拜，皇后其次，最后由太妃燕氏收尾。文舞用功成庆善乐，武舞用神功破阵乐。礼仪制定好之后，高宗下诏东行封禅，暂定洛阳宫为东都。高宗先带领太妃、皇后等人赶到洛阳，休息几天后，继续向东进发。仪仗队和护卫队长达几百里。从十月出行，直到十二月间才到泰山。车驾经过寿张县时，听说有个叫张公艺的百姓，一家九世同堂，历代都有朝廷表彰，高宗便屈尊前去拜访。高宗问他九世同堂的缘由，张公艺写了一百个“忍”字献给高宗。高宗连声说好，赏赐他很多金银。
元旦这一天，高宗的车驾抵达泰山南麓，高宗祭祀了天帝。第二天祭泰山，第三天拜社首和地神。每次祭献，都先由高宗祭拜，然后由宦官拥着武氏登坛。武氏的帷帐用锦绣制成，辉煌灿烂。轮到太妃的时候，又换过一种帷帐，没有了武氏登坛时的威风。祭拜完毕，大赦天下，改元乾封。文武百官全部加官晋爵。回长安时路过曲阜，高宗又拜谒了孔子家庙，封孔子为太师。还专门到亳州，拜谒老子庙，尊老子为太上玄元皇帝。一直到初夏，皇帝车驾才回到京师。
高宗封禅之后，又打算平定高丽。凑巧高丽派使臣来求救兵。这是怎么回事呢？原来乾封元年，高丽泉盖苏文逝世，长子男生继承为王，不久之后，男生外出巡视，留下弟弟男建、男产守城。没想到男建自立为王，发兵攻打男生，男生无家可归，这才派儿子献诚到大唐求救。高宗当即派契苾何力为安抚使，左金武卫将军庞同善与营州都督高侃一同为行军总管，又封献诚为右武卫将军，让他当向导，再次东征高丽。
庞同善与献诚率先进入高丽境内，迎面遇上一支守军，被唐兵一鼓作气打散。男生率兵前来迎接，高宗封男生为辽东大都督，兼平壤道安抚大使，并封为玄菟郡公；封李绩为辽东道行军大总管，兼安抚大使，让他带领左武卫将军薛仁贵等人，水陆并进，援助契苾何力、庞同善等军队。并且让契苾何力、庞同善等人受李绩管辖。李绩渡过辽河，进兵到达新城，召集众将道：“新城是高丽的西部门户，一定要先攻下来。”随后，李绩指挥军队占领了城西南的山冈，从上面可以俯瞰城中。李绩命令士兵连续不断地向城中射箭。守城的士兵惊慌失措，绑上主将前来投降。李绩派契苾何力进城防守，与庞同善、高侃形成角之势，留薛仁贵策应各路大军，亲自率领大兵继续进击，连拔了十六座城池。
男建带兵偷袭高侃营寨，被薛仁贵中途截击，大败而回。高侃进兵金山，金山地势险要，守军众多，见高侃率军到来，全部奋力出击，高侃抵挡不住，边打边撤。高丽兵追赶出来，正巧碰着了薛仁贵横冲而入，高丽兵顿时被冲成两截。高侃又指挥人马反攻，两下合击，杀死高丽兵五万多人。继而两队人马乘胜追击，连破了南苏、木底、苍岩三座城，声威大震。薛仁贵不肯罢手，亲自率领三千骑兵，进攻扶余城。众将担心他兵少，劝他不要冒进，薛仁贵却笑道：“兵不在多，关键在使用合理，使用好了，人少也能打胜仗。”接着毅然前往，直达扶余城下。守兵出城接战，薛仁贵一支大戟，前挑后拨，敌兵纷纷落马。薛仁贵部下都是身经百战的精兵，几乎无人能敌，杀得守兵弃城而逃，薛仁贵一举攻下了扶余。扶余附近四十多座城池都害怕薛仁贵的威名，听说他来攻打，纷纷望风归附。
李绩听说攻下了扶余城，非常高兴，当即派侍御史贾言忠回京向高宗报捷。高宗大喜，仍派贾言忠为特使回到前线慰问将士。李绩亲自到扶余城去接应薛仁贵，之后唐军杀退了男建的部队，攻克大行城，又攻破鸭绿江上的防御壁垒，等贾言忠到军中的时候，唐军已经直捣平壤城了。
贾言忠奉诏慰劳大军，唐军士气更加振奋。契苾何力带兵先到平壤城下，李绩紧接着赶来。两军围攻了一个多月，高丽王高藏黔驴技穷，派人带着九十八个头领打着白幡投降。这时，只剩下男建还在闭门拒守，并且多次派兵夜袭唐营，都被唐军击败。男建把军事委托给僧信诚，僧信诚偷偷派人到唐营，表示愿做内应。五天之后，僧信诚开城投降唐军。李绩指挥人马杀进城中。男建正要自刎，唐军七手八脚把他捆住，又把百济故主扶余丰一并拿下，其余的敌兵全部投降。当时李绩传令高丽全境，让他们投降，所有的高丽部落，共一百七十六座城池，除了已经被唐军攻克的以外，没有一处敢于抵抗，全部投降。高丽终于被扫平了。
李绩高奏凯歌，班师还朝。高宗亲临含光殿，传见高藏等俘虏。高藏等人跪在殿阶下，高宗颁发诏书，赦免高藏、男生等人的罪行，又都封了官爵。只有男建、扶余丰两个人罪大难赦，一个流放黔州，一个流放岭南。高宗把高丽分为九个都督府，四十二州一百县，特别在平壤设立了安东都护府，统辖高丽，命令薛仁贵出任安东都护，领兵两万人镇守。
这一年，高宗加封李绩为太子太师，并改元总章。总章二年冬，李绩病重。弟弟李弼从晋州刺史任内奉旨回朝，封为司卫卿，然后去探望哥哥的病情。李绩见到李弼时心情好了一些，对弟弟说：“房玄龄、杜如晦两个人，一生勤苦，撑立门户，后来却因为儿子不肖，遭遇灭门之灾。我的子孙，今天就托付给你了，你一定要为我严加管束。如有言行不轨，请先杀了他们，然后上报朝廷。我死后送终要用平常衣服，外加朝服就可以了。如果我死后有知，就可以穿着这身衣服去朝见先帝，一定不要奢侈。如果没有照我说的做，我将死不瞑目。”说完不禁泪流满面，李弼一一记下。后来，李绩的病一天比一天重，高宗和皇太子亲自赐药给他，他总是药到即服。可等到家人想找医生给他看病时，李绩却感慨地说：“我本是个山东的农夫，跟着皇上卖命，官至三公，已经活了八十多个年头了，还有什么不知足的呢？死生由命，不在医药。不过皇上的恩赐，不敢不服。此外，就不必找医生了。”不一会儿就气绝身亡。
李绩待人仁爱。有一次，姐姐生病，李绩亲自为她煮粥，姐姐对他说：“仆人那么多，何必亲自受累呢？”李绩答道：“您已经这么大年纪了，以后我就是再想为姐姐煮粥，恐怕也煮不了几次了。”姐姐听后，非常感动。李绩出战前必定先做好谋划，战胜之后必定归功于将士，把所得的金帛一律分给手下，所以手下都拼死而战。高宗听到李绩的死讯，哭着对群臣说：“李绩事君忠心耿耿，事亲至孝，历经三朝，屡建奇功，没犯过什么错，可称做社稷之臣。朕听说他为官廉洁，如今去世，恐怕没有多少钱财送终，朕一定要厚加抚恤，才对得起忠臣啊。”于是命令相关部门多赐金银，又追赠李绩为太尉，谥号贞武公。
