响过，箭已穿五甲而过，李治大吃一惊，当即命人取坚甲赏赐薛仁贵。
郑仁泰、薛仁贵率军赴天山后，九姓铁勒拥众十余万相拒，并令骁勇骑士数十人前来挑战。薛仁贵临阵发三箭射死三人，其余骑士慑于薛仁贵神威，都下马请降。薛仁贵乘势挥军掩杀，大败九姓铁勒，并坑杀降卒。接着，薛仁贵又越过碛北追击铁勒败军，擒其叶护兄弟三人。薛仁贵收兵后，军中传唱说：“将军三箭定天山，壮士长歌入汉关。”从此，九姓铁勒衰败，不再为边患。
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铁勒有思结、多览葛等九个部族，原先据守天山，等郑仁泰率领部队来后，他们恐惧投降，郑仁泰不接纳，俘虏他们的家室来赏给将士，敌人陆续逃走。有个候骑报告：“敌人的军需物资牛羊马匹遍布原野，可以去夺回来。”郑仁泰挑选了一万四千名骑兵，脱掉铠甲轻装奔驰，穿过大沙漠，到了仙萼河，没有看到敌人，粮食吃光才往回撤。人们饿得相互厮杀吞食，等回到军营时，剩下的骑兵只有二十分之一。薛仁贵也把他部下抓来的铁勒族女人当作妾，接受了很多贿赂赠送的财物，被有关官员向李治检举弹劾，李治因薛仁贵立下大功而宽恕了他。
高丽权臣渊盖苏文病死，其子泉男生继掌国事，泉男生的兄弟泉男建、泉男产趁机发难，驱逐泉男生，泉男生投奔唐朝，恳求唐朝发兵相助。李治先遣右骁卫大将军契苾何力为辽东道安抚大使，右金吾卫将军庞同善、营州都督高侃为行军总管，以泉男生之子泉献诚为乡导，一同进讨高丽。李治任命李积为辽东道行军大总管兼安抚大使，出任辽东前线最高指挥官，薛仁贵也参与了此次征高丽之役。
李积首先攻拔为“高丽西边要害”的新城，并趁势挥军进击，连陷十六座城，泉男建派兵袭击尚在新城的庞同善、高侃，薛仁贵闻讯后，率军及时救援，击败高丽军，斩首数百级。高侃进军至金山，交战不利，高丽趁胜进攻，薛仁贵引兵迎击，将高丽军截为两段，大破高丽军，斩首五万余级，并乘胜攻陷南苏、木底、苍岩三城，与泉男生会师。对此，李治亲自给薛仁贵写信说：“金山的战事，贼兵非常多，你冲在士兵前面，奋力杀敌，不顾自己的性命，左冲右击，所向无前，各部军队非常的有勇气，才使得这次战役很快就取得了胜利。应该好好地建功立业，成全这美名啊！”
薛仁贵携胜率三千人进攻高丽重镇扶余城，部将都以兵少，劝他不要轻进，薛仁贵说：“兵员在于会用，不在人多。”于是率军出征，这次战役，他身先士卒，共共杀死、俘虏高丽军一万余人，攻拔扶余城，唐军一时声威大振，扶余川四十余城，纷纷望风降服。之后薛仁贵一路凯歌，与李积大军会师于高丽都城平壤外，对平壤形成合围之势。僧人信诚开门接纳唐军，李积趁势进攻，一举攻陷平壤，擒获泉男建，至此，高丽灭亡。
此战，唐朝共获五部、一百七十六座城、六十九万七千户口，于是将其划分九个都督府、四十二州、一百县，设安东都护府统管整个高丽旧地。起初由魏哲出任安东都护，魏哲死于任上，唐廷遂命薛仁贵为右威卫大将军兼检校安东都护，封平阳郡公，率兵二万人留守平壤。由于高丽遗民的叛乱，薛仁贵赴任后便从平壤移至新城，任内抚养孤儿，赡养老人，治理盗贼，提拔任用高丽的人才，表彰奖励品德高尚、行为优异的百姓，一时间，高丽人都非常喜悦，甚至忘却亡国之痛。
唐朝为了打击吐蕃和光复吐谷浑，出动五万大军护送吐谷浑王还青海，以薛仁贵为逻娑道行军大总管，阿史那道真、郭待封为副总管。郭待封是名将郭孝恪之子，曾为鄯城镇守，他不甘心屈居薛仁贵之下，经常违抗薛仁贵的节制。唐军抵达青海湖南面的大非川，将要赶往乌海，薛仁贵对郭待封说：“乌海地势险要毒气又多，我军进必死之地，真是条险路，但是行军迅速就会成功，缓慢就会失败。这里大非岭宽阔平坦，可以设置两座营栅，把全部军需物资藏在营栅里，留下一万人守卫，我军快速挺进，乘敌人没有准备去袭击他，就可消灭了。”
薛仁贵率军先行，至河口遭逢吐蕃军。薛仁贵击破吐蕃，斩获略尽，收获其牛羊等万余头，回军至乌海城，以待后援。郭待封傲慢，不听从薛仁贵之命，领着粮草辎重等缓缓前行。等郭待封军进至乌海时，吐蕃二十余万大军来救乌海，进击郭待封军，郭待封军惨败，军粮及辎重都被吐蕃军掳掠而去。薛仁贵只得退军，屯驻于大非川。吐蕃派出四十余万大军进攻唐军，唐军不敌，大败。薛仁贵无奈，只好与吐蕃大将论钦陵约和，才得以退
