贞观三年(公元 629年),东突厥内乱。李靖任定袭道行军总管,奉命率六总管兵共十万余人分路出击东突厥。四年正月,李靖率骁骑三千自马邑(今山西朔州)进屯恶阳岭(今内蒙古和林格尔南),夜袭定襄(今内蒙古和林格尔西)。突厥颉利可汗未料到唐军会深入到此地,大惊道:“唐军如果不是倾国而来,李靖何敢孤军深入至此!”于是率众北撤。与此同时,通汉道行军总管李?泊蟀芡回视诎椎?(今内蒙古呼和浩特西北)。颉利败逃至铁山(今内蒙古白云鄂博一带),尚有数万人,准备等草青马肥,退回漠北,于是派使臣到长安向太宗谢罪,并请求内附。太宗派鸿胪卿唐俭等至突厥进行抚慰,又令李靖率兵迎接颉利。李靖率部至白道与李? 会合后,互相商量:“颉利虽败,其众犹多。如果退至漠北,和薛延陀等九姓纠结在一起,道路险阻且远,很难追歼。不如乘使臣在突厥,颉利不备之机,选精骑 1万,带20日粮进行突然袭击,可以不战而胜。”他们将这一计谋告诉李靖的副手张公谨。公谨说:“皇上已答应他投降,使臣也到了,怎么还可以袭击他?”李靖说:“这就是韩信破齐之计。”于是连夜发兵, 李?跟至阴山,俘千余骑。李靖命部将苏定方率二百骑为前锋乘雾而行,离颉利牙帐七里,被发现,颉利乘千里马北逃,突厥余众溃散,唐俭脱身而归。李靖主力随至,斩万余人,俘男女十万余,缴获牲口数十万头。颉利收集残部万余人,想北渡大漠。李? 把守要道,颉利过不去,其各部酋长都率众投降。颉利西逃,被大同道行军副总管张宝相俘送长安。此前,李渊父子由于国力还不强,对突厥曾卑辞厚礼相待。如
今东突厥平定,李氏父子都很高兴,乃置酒凌烟阁。酒酣耳热之际,太上皇亲自弹琵琶,太宗起舞,彻夜方休。贞观初年,据今青海等地的吐谷浑经常袭扰唐兰州、凉州(今甘肃武威)等地,威胁通西域的咽喉河西走廊。八年十二月,太宗决定大举讨伐吐谷浑,想起用此时已年过花甲的李靖为将,又感到他太老。李靖听说后立即请行。于是,
李靖为西海道行军大总管,统辖兵部尚书侯君集、刑部尚书李道宗等五道行军总管和归唐的东突撅契必何力等部进击吐谷浑。次年闰四月初八,李道宗部在库山(今青海湖东南)击败吐谷浑军。吐谷浑伏允可汗放火烧草,轻骑入今柴达木盆地。唐军诸将以为马无草,不可深入。侯君集认为应乘其溃散穷追不舍。李靖赞同侯君集的主张,决定兵分两路:李靖等走北路,李道宗、侯君集走南路,追击吐谷浑。五月,北路唐军先后在曼头山、牛心堆、赤水源(均在青海西部)等地击败吐谷浑。南路唐军经无人之境二千余里,在乌海(约今青海冬给措纳湖)大败伏允可汗,俘其名王。李靖率诸军经积石山(今青海阿尼玛卿山)、河源直追至且末(今属新疆)。契莎何力得悉伏允在突伦川(且末西),将逃向于阗,立即率轻骑千余追击。途中无水,将士刺马喝血,终于追上伏允,破其营帐,歼数千人,缴获牲口二十万头。伏允逃走,其子慕容顺率部归唐,吐谷浑平。十一年,李靖被封为卫国公。李靖善于用兵,时人称其“才兼文武,出将入相”。他著有兵书《六军镜》三卷,已佚,部分内容保存在《通典》和《太平御览》中。宋神宗将其所著、总结了李渊起兵以来战争经验的《唐太宗李卫公问对》列为《武经七书》之一,对后世有深远影响。