后来杜怀恭还有段插曲，李勣征高丽，要带这女婿一起去，让他立点功，杜怀恭却不干，李勣又是给钱又是送礼的，就差没给他送小老婆了，杜怀恭却总是以家里穷为由推脱，后来推脱不过了，就跑到歧阳山中躲起来。外人对杜怀恭的做法很不理解，杜怀恭却有他的理由，那就是他要跟着从军，要是犯了军法的话，不讲情面的岳父肯定先拿他开刀，为了自己小命，功名就免了吧。李勣见他坚决不去，流了把老泪，放行了。
李勣的新职务是辽东道行军大总管，率六总管兵以伐高丽。这也是李勣第三次对高丽用兵，他也希望是最后一次，不仅是自己的最后一次，也是大唐帝国的最后一次。
李勣麾下六总管分别是庞同善、高侃、独孤卿云、郭待封、刘仁愿、金待问。副手是郝处俊和契必何力。粮草问题上，唐高宗把黄河以北的各州田赋捐税全部运往辽东，最后一仗了，后勤必须要搞好。
乾封二年（667年）九月，李勣顺利抵达辽东前线，最后一中能骑马，能吃饭，身体上没毛病，脑子看起来也灵光。在渡辽河前，李勣制订出了具体的作战策略，简单概括就是先北后南，步步进逼。如果把高丽看成是一个人，那这个策略可以这样形象地认为，先斩其四肢，再取其腹里，最后挫骨扬灰。
李勣首先到达新城，也就是今天的辽宁抚顺北，这个城池易守难攻，以前唐军就在这里栽个跟头。再次来到这里，李勣在全军讲话上给大家吃兴奋剂：“新城是高丽西边的重镇，拿下这里，剩下的城池攻起来就易如反掌了。到时候功名指日可待。”在干部上呆久了，李勣自然知道什么是对将士有吸引力的，还不就是功名利禄，这一通话下去，士兵们士气上来了，决定跟着李勣吃香的喝辣的，先苦后甜。
鉴于新城不好打的特点，李勣在新城西南依山势筑起工事，安营扎寨，围而不攻。粮草充足，也不担心时间问题，咱就这样耗着吧，总之我不让外边粮食运进去就行了。围困了半年，新城撑不足了，没吃的了，加之新城内守将也骄横，百姓们一想，跟他们还不如跟唐军有前途，于是一商议，捆了主帅出城向李勣投降。不错，李勣没花一兵一卒拔了新城这个钉子，初战告捷，老天看来也是比较偏向老李的。
拔了新城后，李勣迅速出动，接连占领新城周围十六城，唐军士气大振。更加让李勣欣尉的是泉建男怕新城有失，曾派兵往援，途中遇见神人薛仁贵，退至金山。唐军高侃见薛仁贵抢了个功，不甘示弱，领兵追至金山，这一仗高侃却败了。高丽也是傻不拉叽的，高侃上退，他们就追，不把防守当回事，中途薛仁贵又来了，拦腰杀出把高丽军斩为两段，唐军砍瓜切菜斩了五成余高丽兵，砍得泉建男那是相不滴心疼。
李勣高兴啊，几个老东西后出了个薛仁贵，唐室猛将江山代有才人出，他李勣也可安心了。挟金山大捷之威，李勣令全军闪电出击再拔三城，进逼扶余，也就是今吉林四平。
扶余城是高丽北部重镇，此城一克，即可全面控制高丽北部地区。在前锋的人选问题上，李勣考虑来考虑去，最终用了薛仁贵。小薛确实有点猛，武功好，打起来也不要命，而且高丽差不多都有恐薛症了，不用他还能用谁？
不时，薛仁贵部下只有三千余人，兵力不可谓不单薄，别的将领都认为薛仁贵要坏事，薛仁贵却不以为然，抛出：“战争，在主将能不能用兵耳，兵的多少却在其次。”这调调让李勣仿佛看到了年轻时的自己，说得好啊，去吧，大军给你垫后。
薛仁贵经受住了考验。在半路上时，他就跟高丽军打了个遭遇战，高丽军几万，薛仁贵三千，兵力悬殊得不成比例。但薛仁贵却并没有害怕，相反他有点兴奋，说白了，薛仁贵就是一个以打架为乐的家伙，敌人越强，他越有快感。薛仁贵再次拿出与温沙门掐架的气势，一马当先，领军猛攻。高丽军哪受得了薛仁贵，这不是人是神，逃吧。唐军又是砍瓜切菜，斩首万余级。
等李勣来了后，薛仁贵已经把扶余城包围起来了。李勣又是老办法，围而不攻，等你没吃的再来收拾你。几个月之后，扶余城陷。同时，他又成功地把泉建男派来往援扶余的5万军马打了个大败。两次围城打援，消灭了高丽国内十万精锐，而唐军的伤亡数字，用手指头就可以数得过来。
由于通讯的不方便，没有手机，也没有卫星，在长安的唐高宗和武则天有点不知道辽东战事进行得怎样了，怎么说都有点担心，打了二十多年了，这高丽也是个硬骨头。为了获得第一手的信息，高宗派了侍御史贾言忠来辽东看看情况，然后回去后给唐高宗打个报告。
等贾言忠来了，跟李勣喝过酒后，开始返回长安。唐高宗找到贾言忠，问了问自己最关心的问题。贾言忠第一句话就将唐高忠提到嗓子眼的心放回了肚子里：“我认为这次高丽肯定玩完。”“为什么呢？”唐高宗有点兴奋。“高丽本来占有地利。隋炀帝三征高丽，之所以失败，那是因为国内的百姓怀着怨仇，隋炀帝不是人，百姓不给他卖力他打得下高丽吗？没占到人和。先帝征高丽没成，那却是因为高丽国内还算团结，咱没占到天时。现在我们拔了它北面的门户，他国内也乱得跟浆糊似的，李勣统兵，士兵们又精诚团结，天时、地利、人和都占了，咱能不赢吗？陛下您就等着喝李勣的庆功洒吧。”
唐高宗再次问起前方的将领，贾言忠特别提到了薛仁贵，把薛仁贵这个名字印在了高宗的脑海里，这也为以后薛仁贵青史留名，扬威海内外奠定了坚实的基础。
那边唐高宗在跟贾言忠谈事，这边李勣最后的武功也快进入尾声，征伐高丽已经进入第三个阶段，即攻占大行城（今辽宁丹东），然后雄纠纠气昂昂地跨过鸭绿江。
在大行城下，李勣没有围城打援，该围的已经围了，现在是兵贵神速的时刻。李勣在薛贺水大败高丽军后，人不解甲，马不卸鞍，全军闪电进袭，没费什么力气就拿下了没来得及准备的大行城。接着就是渡江的问题，李勣没等鸭绿江结冰，也不管高丽在南岸布下了多少兵力拒敌，率军强行渡江，士气如虹的唐军已不把如惊弓之鸟的高丽军放在眼里，果然，强行渡江成功了。
最后是平壤。
契必何力首先率军抵达平壤城下，然后是李勣，唐军越聚越多，把个平壤围了个里三层外三层。一开始，平壤守军还称得上顽强，防守也做得很好。但在一个月以后，高丽内部开始瓦解。
高丽王高藏挺悲观，这样打下去，不饿死也会困死，那还不如降了唐吧，听说唐朝还算仁义，降了他说不定也能把命保住，当刘禅也比现在这日子好过。在高藏的授意下，泉男产带着98个首领，拿着白旗到了唐营，要求投降。李勣在让这些人吃好喝了以后，一部分派回去做顽固分子的工作，一部分嘛，对不起，留我这里作个人质。
泉男建就是顽固分子中的一个，他以投降为耻，以战斗为荣，泉男建经常派些士兵去外边找唐军决战，但是每一次出去，高丽军都会少些人少些装备的回来，弄得泉男建有点心神不宁。无计可施下，他把守城任务交给了一个叫信诚的和尚。可惜信诚并不对他信诚，他一上任，就派人通知李勣：放心吧，你攻城，我做你的内应。
得到信诚和尚的许诺后，李勣大喜过望，没几日即领军来攻，而信诚也确实对他信诚，开了城门，放了唐军进来。泉男建见大势已去，慌乱中要自杀，结果准头没拿好，没自杀死，被唐军擒住。平壤一陷后，高丽其他城池就了说了，几乎是秋风扫落叶的态势，高丽全境即纳入了大唐的版图。
李勣最后的武功毫无悬念地大获全胜，最兴奋的不是李勣，而是唐高宗和武则天。总章元年（668年），在李勣凯旋之后，唐高宗在长安举行了盛大的仪式欢迎李勣。高宗亲登含元殿，接受李勣献俘，并让李勣随自己一起告祭天地和祖庙。本来，告祭天地是皇帝的特权，而高宗能拉上李勣，也证明了高守对李勣那是相当看重，这老臣，先帝没给我白留。不像长孙无忌和褚遂良，吃完饭就找我茌。
李勣也因为功德完满，被唐高宗册封为太子太师，增食一千一百户。此次归来后，李勣才真得不能饭了，好在最后一次武功，给他的战争生涯划上的是一个圆满的句号。他很欣慰，也很感慨……
