皇帝李治虽无心国事，但有一件事还是不能令他释怀，那就是泰山封禅时高丽国竟然只派遣王子来参加典礼而国王不至。高丽的傲慢很久有之，当年隋炀帝杨广到突厥巡幸，被边陲列国恭敬对待。恰遇高丽国使正在出使突厥，牛人杨广得知便在可汗的帐篷里传出话来，叫那高丽使臣来参见天朝皇帝。可这高丽使臣也是个牛人，高丽牛人想，我奉高丽王令是前来出使突厥的，没义务在突厥来参拜你隋朝皇帝呀，于是这使臣就很傲慢地拒绝了杨广的召见。杨广这牛人哪受得了这等窝囊气，这就是后来杨广为了泄愤三次举全国之兵去讨伐高丽的真正缘由。杨广很不幸，他华丽的大隋王朝就那样被高丽这个海外的小小岛国给拖跨了。
隋唐两朝原本就是表兄弟，李姓皇帝也许没有忘怀杨姓皇帝在高丽人那儿所受的白眼之气，后来的高祖皇帝李渊、太宗皇帝李世民都对高丽数次用兵，但都无功而返。李治当了皇帝后，也用兵高丽数次，但高丽战事都没有令他舒坦过。龙朔元年（661），李治准备亲自挂帅御驾亲征，但皇后抗表进谏坚决反对，皇帝发35万大军讨伐高丽，将那高丽京师平壤围困了数月都没有攻下，后来天降大雪，唐军再次无功而返。
高丽，在皇帝李治的心中，这已是他唯一的痛。大唐所有的国务皇帝李治都可以交由武皇后决处，而惟有对高丽用兵，李治一定要亲自过问。
辽东来报，高丽有变，高丽权臣莫离支泉盖苏文驾崩，长子泉男生代为莫离支。初掌国政，这个泉男生便去出巡高丽诸城，使其弟弟泉男建、泉男产留守。结果兄弟争位，互相攻伐，泉男建夺了平壤，自立为莫离支。而泉男生只好败走保别城，并遣派儿子泉献诚来到大唐请求皇帝出兵相救。
乾封元年（666）六月，皇帝李治一听高丽局势有变，他的头痛症一下减轻了很多，他认为这是征伐高丽，除却他心头之恨的绝佳时机，便以右骁卫大将军契苾何力为辽东道安抚大使，领军前去高丽救援泉男生，并封泉男生的儿子泉献诚为大唐右武卫将军，使为向导。又以左金吾卫将军庞同善、营州都督高侃为行军总管，发兵20万讨伐高丽。
司空李勣几次上表请缨出征，但李治念及年高，都没有同意。李勣便建议代理朝政的武皇后，将在百济征伐有功的刘仁轨任命为相，武皇后听从之。
九月，庞同善在辽东大破高丽兵，泉男生亦领所部与庞同善的大军会合。战报传至长安，皇帝李治诏令泉男生为特进、辽东大都督，兼平壤道安抚大使，封玄菟郡公。
但唐军在高丽却被泉男建的大军阻击，庞同善诸军未及得势，高丽战事陷入僵局。唐军在高丽失利的战报传至长安，皇帝李治与皇后正在一处恩爱地用膳。李治闻报，当场就震怒了。武皇后还是第一次看见丈夫发这么大的火，孱弱的李治愤怒得竟然将面前的餐桌都掀翻，满桌的餐具打碎一地。愤怒的皇帝将手中的奏疏撕了个粉碎，拔出了随身的佩剑就要当庭斩杀那个从辽东而来传递战报的将军，若不是武皇后眼疾手快夺了皇帝的龙泉剑，那个从前线飞马而回的将军就将冤死当场了。李治狂暴地怒吼道：“敲响金钟，召集百官，朕要御驾亲征。”
武皇后与皇帝李治一同上朝，夫妻二人同仇敌忾一般。李治一提及对高丽用兵，头就不痛了，热血就沸腾不止。待皇帝李治平静了一些后，武皇后奏道：“要破高丽，何须皇上御驾亲征，派司空李勣出马便可。”
于是李治诏令：“以司空李勣为辽东道行军大总管兼安抚大使，以司列少常伯安陆人郝处俊副之。庞同善、契苾何力二人用兵无方，在辽东受滞，本应罢黜解递回京受处，但念及二人往日功勋，暂时留任，并为辽东行军副大总管兼安抚大使如故，望其勤于王命，奋勇杀敌，为国立功，以雪前耻。其水陆诸军总管并运粮使窦义积、独孤卿云、郭待封等，一并受司空李勣处分。河北诸州租赋悉诣辽东给军用，朝廷再发兵精兵20万，以击高丽。辽东战事全由李勣节制，谁敢抗命不尊，可先斩后奏！”要不是皇后极力反对和劝慰，皇帝李治真就要御驾亲征了。
李勣此次出征，本想将自己的女婿杜怀恭带在身边，好让他建立一些功业，将来有更大的前程，但杜怀恭却推辞不从。李勣要求再三，杜怀恭只好去藏匿在了岐阳山中不出来，并让自己的妻子带话给岳父言道：“公欲因我徇私废了公法么？”李勣听了此言，感慨万千，留着泪说：“我有这样的女婿，何愁女儿的前程不好呢。”
大军出征前，帝后带领百官亲自到校场相送。皇帝解下腰间龙泉剑，赐予李勣，授权李勣一句话：“将在外君命有所不受！”
武皇后叫人取来一张金弓，交与一身戎装的李勣。皇后问道：“大将军还认识这张金弓么？”
李勣审视了一眼手中的金弓，点头道：“臣识得，此乃先帝御用之物。”
武皇后道：“大将军还记得当年在终南山射雁夺金弓的故事么？”
李勣凛然回答：“臣记得。皇后当年一箭双羽，拔了头筹，先帝将此金弓赠与。”
武皇后威风地对即将出征的三军将士慨然说道：“本宫当年在先帝身边作禁卫，曾与大将军一道伴驾随侍终南山。那日登高望远，恰逢天上行行秋雁飞过，先帝叫龙虎禁卫将军们比射。那些将军个个神射，大雁纷纷而落，先帝欲以此金弓赏头名。本宫那时年少气盛，未征得先帝同意，便私自张弓搭箭，望空朝那已经乱了方阵的雁群一射。弓弦响处，一箭射落双雁，随行将军无一不服。先帝为壮其志，便将此金弓相赠。这张金弓被本宫珍藏内廷二十年，从不曾示人。先帝南征北战，所向无敌。这张金弓乃先帝心爱之物，两军阵中，张弓引箭不知射杀过几多敌酋。今本宫将此转赠大将军，以壮我大唐军威。”李勣将金弓和尚方宝剑高高举起，三军将士顿时热血沸腾，齐齐高呼万岁。皇后随后再补充道：“其水陆诸军全凭司空调度，不管大将军如何用兵，辽东战事我夫妇只要一个结果，那就时荡平高丽，拔掉平壤，定我辽东。”
李勣此年已经七十有六，虽然英豪不减当年，但还是两鬓染霜发如雪了，但这位英国公依然豪情万丈地带领大军奔赴辽东前线而去。
乾封二年（667），皇帝李治的病时好时坏，他除了关注辽东战事外，其余国务一概不问，全由太子李弘监国。期间西域吐蕃乘唐军攻伐高丽之机，竟将生羌十二州占据，并觊觎大唐的安西四镇。武皇后虽然对西域局面担忧，但李勣在辽东用兵，朝廷全力支撑着高丽前线，对西域之乱也就无暇顾及了。
李勣不愧为一代名将，在他的运筹帷幄下，辽东战事出现了张略转移。李勣经过几个月的战略调动，排兵布阵已毕，他召集将士，制定了全面进攻的计划。李勣对诸位将军道：“新城乃高丽西边要害，我军若不先行攻占，其余各城就不易取也。三军四面出击，全力以赴，拿下新城。”三军用命，将那新城四面围困了个水泄不通。新城被围困数月，在秋天来临之际，城中粮草断绝，新城已无斗志，城中人师未仇等人将守城将军绑了，开城投降，唐军随即占领之。李勣派遣契苾何力镇守新城，然后引兵乘胜出击，一气之下，唐军连下高丽一十六城。捷报传至京师，帝后大悦，满朝沸腾，大唐上下欢欣鼓舞。
李勣用兵向来诡异，一日，他忽然将契苾何力所部调离新城，泉男建得此消息，便派遣了高丽大军来袭。却不知新城内埋伏着庞同善、高侃的伏军，高丽军急忙抽身退出，但在他的身后却是左武卫将军薛仁贵正侯在那里。一阵厮杀，大破之。
李勣得胜，带领高侃领着中军深入到了高丽腹地。在平壤的泉男建得报，李勣的禁卫只有五千余人。泉男建大喜，便将高丽主力秘密集结，意欲擒贼擒王，泉男建对手下诸位将领说道：“李勣乃唐朝名将，当年的确也是威风八面，势不可挡，但如今不过华发老儿，垂垂暮年，不在中土颐养天年，却不识时务领军来我高丽用兵，看来这英国公的一世英名就将在这岛上灰飞烟灭了。”
李勣引着五千中军，兵至金山，忽然遭遇高丽十万大军阻截，高侃见唐军寡不敌众，立即保护着李勣败走。那高丽大军漫山遍野地乘胜逐北杀来，齐声高呼“活捉李勣！”唐军簇拥着主帅李勣，惟有节节败退。高丽追兵穷追不舍，一路杀得正欢，忽然前面一支队伍，刀枪林立，旌旗招展，横兵以待。原来李勣孤身犯险，用自己为饵，轻兵诱出高丽主力，却让薛仁贵领十万精锐埋伏于此，以逸待劳。那泉男建焉能窥破李勣兵法，此番的高丽军队犹如一群肥羊闯进了饿狼群中一般。薛仁贵指挥将士奋力击之，砍瓜切菜，大破高丽军，仅此一战就斩首五万。李勣回师，带领五千轻骑快马扬鞭一鼓作气就拔掉了南苏、木底、苍岩三城。至此，征伐高丽的唐军成功与泉男生的军队会师。
李勣在陆上取得了战争的主动权，但他知道，要荡平高丽，亦非一朝一夕。于是李勣派遣郭待封领着水军从水路取道平壤，欲作合围之势。又另外遣一将冯师本船载粮草跟进，以为郭待封后援。但冯师本的船队遇到了风浪，船破未能按期到达。郭待封所部军中缺粮，不免军心动荡。郭待封本想写封书信报与李勣，但又恐被敌军截获知道了唐军的虚实，郭待封灵机一动，便写了一首离合诗派人去送给李勣。李勣拆开军报，见郭待封不呈报行军情况，却赋诗一首，将那军报扔在地上，大怒道：“军事方急，何以诗为？郭待封想以颈试尚方宝剑吗？必斩之！”
行军管记通事舍人河南籍人氏元万顷捡起那军报一看，他对李勣笑道：“此看为风花雪月的诗篇，其实乃一份紧要的秘密军事情报啊。”元万顷解释说：“诗中暗藏军情，意思是军粮告罄，三军惶恐，请元帅立即接应。”李勣恍然大悟，立即遣将火速运送粮草前去增援。此后李勣便对元万顷另眼先看，但这个书生后来在撰写《讨高丽檄文》中故作聪明，写上了一句“不知守鸭绿之险”，平壤的泉男建获悉檄文，加额说道：“若不是这篇檄文，我等即死无葬身之地也。多谢先生指教，谨闻命矣！”泉男建立即移军占领了鸭绿江的渡口，唐军受阻不得渡江。消息传至长安，皇帝骂道：“书生误国！”即下诏将元万顷流放岭南。
辽东道行军副总管、司列少常伯赫处俊带领另一路大军杀奔到了高丽城下，唐军正在列阵，忽然数倍的高丽军队像潮水一样涌来，三军大骇。但赫处俊仗剑坐于帐中，处变不惊，沉静地还吃了一点干粮，方步出军帐，披挂上马，带领一彪精锐骑兵杀入高丽军中，左冲右突如入无人之境。唐军受到鼓舞，同仇敌忾，并肩杀入敌阵，击败了数倍的高丽人。
为了尽快解决辽东战事，武皇后建议向辽东增兵。于是李治再以右相刘仁轨为辽东道副大总管，领军10万前去增援李勣。
李勣得了刘仁轨的10万大军，如虎添翼，命令薛仁贵进攻高丽扶余城。薛仁贵领三千壮士出战攻扶余，诸位将领认为用兵太少，薛仁贵慨然道：“兵不必多，关键在于怎么用。”薛仁贵亲自为前锋与高丽大军战于扶余城外，手刃敌军将领若干。刘仁轨指挥大军掩杀而至，大破高丽军，杀获万余人，令扶余守军胆寒，遂开城而降。李勣带领三军所向披靡，扶余川中四十余城被唐军的气势所骇，皆望风请降。
皇帝李治在长安日夜关注着辽东战事，皇帝派遣我前去辽东检视军情，当我以侍御史身份检视辽东军情还京后，立即被皇帝召进内廷问话。李治关切地询问我辽东军事，我信心百倍地对皇帝言道：“高丽必平！”
皇帝还不放心地问我：“卿凭何言之？”
我将在辽东前线所见报告给了帝后，最后我沉静地回答说：“前隋杨广东征高丽不克，乃前隋人心离怨。先帝东征而不克，乃高丽国家稳定，又未对对我大唐有什么不恭敬的地方。今高藏微弱，权臣擅命。那泉盖苏文又死，其子泉男生、泉男建兄弟互相攻夺。男生欲内附我朝，而男建却蔑视天威。如今陛下圣明，天朝国富民强，兵强马壮。高丽内乱，气势已竭。故我军必克高丽无疑也。何况高丽连年饥荒，人心危乱，灭亡已翘首可待了。”
李治听了眉目方舒展开来，皇后一旁再问我道：“前方将士，谁打仗厉害呀？”
我不假思索地回答道：“薛仁贵勇冠三军，势不可挡。庞同善虽然不善与敌对攻，但治军严谨，属下将士无军令绝不会后退半步。高侃爱护士卒，有勇有谋。契苾何力沉毅能断，虽每前进一步都会小心翼翼，但颇有统御之才。”贾言忠停顿了一下接着说：“夙夜小心、忘身忧国者，皆不及李勣也。有李勣经略辽东，高丽灭亡在即。”
我君臣正在说话间，辽东战报又传至。泉男建派遣了五万精兵去救扶余城，白发将军李勣亲自引兵战于薛贺水，李勣阵前引金弓射杀高丽主将，大破之，斩获三万敌首。李勣再引军进攻大行城，拔之。
乾封三年（668），三月，高丽战事捷报频传，皇帝李治心情异常爽朗，武皇后见丈夫头痛症减轻，便对李治言道：“皇上，近来众臣在朝堂中议论，说是古代圣王听政布教皆在明堂之中。但遍查诸典，也不知道这明堂的建制若何。先帝生前，曾提议修建明堂，令百官议决。但朝臣议论纷纷，莫衷一是。本宫近来查据典籍，那明堂原来还有一名字叫着‘总章’，不若改‘乾封三年’为‘总章元年’，以示天子修建明堂的决心。”李治原本就是好大喜功的人，今见高丽战事捷报频传，也就想用修建“明堂”来显示自己乃一代明君，于是同意了武皇后的建议。
皇帝诏告天下，改元总章，大赦天下，并将京师所在的长安、万年二县分析为长安、万年、干封、明堂四县。但明堂建制如何，占地多少，怎么修建，众臣仍然没有议定出一个可行的方案，再加上京师、山东、江淮等地忽然遭遇春旱，出现了饥荒，且高丽战场耗费巨大，故此明堂的修建计划搁浅。帝后心情舒畅，便带领人马去巡幸九成宫。
这年夏天，天空出现了彗星，皇帝大骇，避正殿、减少膳食规格、罢听各种音乐。但武皇后却对皇帝说：“彗星见于东方，这是高丽将灭的征兆啊——”李治望着长天，拉着皇后的手说道：“朕之失德，谪见于天，岂可归咎于海外小邦。且高丽子民，亦是朕的子民呀。”李治觉得天显彗相，可能是他幸巡九成宫所致，便车驾回京。
帝后回到京师，有乌荼国婆罗门卢迦逸多来到长安朝觐天朝，卢迦逸多进贡了许多异域的奇珍异宝，李治很是欢心。这卢迦逸多通异域医术，见皇帝头痛，就调和了一份汤药进贡皇帝，皇帝服用后，觉得还有些效果，便封卢迦逸多为怀化大将军。这卢迦逸多还天花乱坠地对李治讲，他还能调和出不死药来，李治一听来了兴趣，便令这婆罗门在东台去为帝后调药以求长生。武皇后知道了这件事后，便将东台侍郎赫处俊召进宫中问道：“卿认为这婆罗门真能调和出不死药来？”
赫处俊笑道：“秦皇汉武都曾梦想长生，那不过是帝王的一厢情愿也！”
武皇后正色道：“既如此，卿身为天朝重臣，堂堂东台，大唐的中枢所在，怎容这婆罗门在那里生炉点烟？你们一群宰相的圣贤书难道是白读的？”
赫处俊满面羞愧而退。赫处俊回到东台即刻写好奏疏，扣阙呈递，上疏谏言道：“修短有命，非药可延。贞观之末，先帝受异域番僧蛊惑，服药却使身体受损，沉病终南山翠微宫。先帝临终时，深悔之，欲杀那番僧，又恐落戎狄笑料。前鉴不远，愿陛下明察。”
奏疏由皇后亲自读给了皇帝听，李治沉默半晌，下诏将那卢迦逸多请出了国门。
李治终于等到了这一天，战报传来，李勣攻下了大行城后，会师诸军，四面包围了高丽首府平壤。
一月后，高丽王藏遣泉男产帅首领九十余人，手持白旗请降，李勣以礼待之。但泉男建犹自闭门拒守，李勣下令全力进攻，五日后，内应僧信诚偷偷打开了城门，唐军杀入，遂攻克平壤，泉男建见大势已去，引刀自刺，却没有死成，于是被唐军所擒获。至此，高丽全境悉平。
李勣班师回京，先以高丽王藏献于太宗昭陵，以告慰先帝。李勣带领三军，军容整齐，高奏凯歌，进入长安，将战利品敬献在太庙。帝后带领群臣受俘于含元殿。皇帝李治见那高丽王藏带领高丽群臣匍匐于殿中，顿生出一丝悲悯。便以高丽王藏政非由己，今归顺大唐，赦免其罪，敕封为司平太常伯、员外同正。以泉男产为司宰少卿，僧人信诚为银青光禄大夫，泉男生为右卫大将军，而泉男建则被流放黔州。诏令分高丽为五部、一百七十六城、六十九万余户，为九都督府、四十二州、百县，置安东都护府于平壤统领之。以右威卫大将军薛仁贵检校安东都护府，总兵二万以镇抚之。李勣以下，封赏各异。
帝后亲祭祀南郊，告慰天地、社稷、祖宗，帝后特别以酒祭洒，将荡平高丽的伟大胜利告知先帝李世民，同时也顺带赐酒一觞给那前隋炀帝杨广。杨广是唐高祖李渊的亲表兄，亦算当今皇上的前辈亲属，李治对杨广的诗歌很是崇拜，故而今日取得辽东完胜，也没有忘记告诉杨广一声，杨广也可以瞑目了。爱祭祀仪式上，帝后为初献，以李勣为亚献，给了这个白发将军以极高的殊荣。
李勣在对高丽用兵这两年，全面经略辽东战事，他废寝忘食，几乎耗尽心力，归家后即病倒。李勣重病加身，自知天不假年将不久于人世，于是他只服用帝后送来的御药，家人为他延请来府上诊视病情的大夫李勣一律不见。李勣对家人说：“我山东一田夫耳，攀附明主，滥居富贵，位极三台，年将八十，岂非命乎？修短必是有期，宁能就医人求治。”临终之时，李勣忽然让其弟李弼置酒宴乐，堂下子孙满排而立。李勣对弟弟李弼说：“我自知必死，怕你们悲哭，所以假装病情转好为此宴乐。你现在脑子清醒，听我讲话。我亲见房玄龄、杜如晦、高士廉等人辛苦建立门户，都被后辈破家亡人。我这些不肖儿孙，现在都交付给你，应细加防察，如有操行不伦、结交非类，马上打杀，然后奏之，以免倾覆家族。”
总章二年（669）十二月，李勣病逝府中，终年77岁。皇帝李治闻之，悲泣不已。皇后武氏接到李勣西归的奏报，她泪流满面，悲痛得说不出一句话来。帝后亲自在光顺门为李勣举哀，辍朝七日，赠太尉，谥曰贞武，陪葬昭陵。可是二十年后李勣孙李敬业扬州谋反被灭， 武氏下诏追削李敬业祖、父官爵，掘坟斫棺，复本性徐氏。李勣直系子孙诛戮无遗，偶然有旁支逃脱的，皆窜迹于西域胡地与土人混居。英国公李勣怕是生前做梦也想不到，他一辈子都为国家在边疆与那些少数民族作战，殊不料自己残留的血脉最终竟不得不混同其中，靠大漠风沙、羶帐腥草去繁衍生息，方得以传承，个中玄机真是让后人深思啊。