此战，唐朝各路人马既通力协作，又奋勇争先，一举消灭了不可一世的东突厥汗国。各路唐军中尤以李靖和李世勣所部起到了决定性作用。捷报传来，已经是太上皇的李渊大喜过望。他把李世民和朝中重臣、诸王及其家眷召集起来，宴饮庆贺。六十有五的李渊亲自弹起了琵琶，贵为天子的李世民起舞助兴，大家畅玩到深夜。
李靖也搬师回朝了。他接到了李世民让他觐见的诏令。满以为好事将临的李靖，却被李世民迎面训斥了一顿。原来是御史大夫参劾李靖袭破颉利可汗牙帐时，纵兵抢掠。看着盛怒的李世民，面对这子虚乌有的诬陷，李靖的选择是不予辩驳，叩首谢罪。不过，李世民还是想起了杨坚冤杀史万岁的教训，对李靖略行奖励。后来，李世民知道事情的真相后，再次追加了对李靖的封赏。战场上如风似电的李靖，以朝堂上的沉稳内敛，得到了属于自己的回报。
公元年，正在宰相任上的李靖突然向唐太宗李世民提出辞职，理由是他患有足疾。李世民明白他急流勇退的用意，批准了他的辞职要求，又进行了一番封赏，允许他间断性地参与政事。公元年初，吐谷浑进犯凉州。李世民决心驯服这个不甘心成为唐朝藩臣的国家，也为日后进军西域多一条通道。在李世民的心目中，这次出兵吐谷浑，李靖当然是最佳的主帅人选，可是他却“养病”在家。因唐军主帅人选的问题，出兵一事又拖了好几个月。李靖得知唐朝欲对吐谷浑用兵的消息后，“足疾”也好了，他主动向朝廷提出挂帅出征。李世民早就等着他的表态呢。于是，当年腊月，年愈花甲的李靖迎着朔风，踏上了青藏高原的征程。
公元年闰四月，唐军在青海湖西北部首次与吐谷浑军会战。吐谷浑军无力抵挡唐军的锐利攻势，大败而逃。吐谷浑伏允可汗不敢再与唐军正面交战，分路退却，以使唐军难以寻歼。他又命沿途烧掉牧草，让唐军无法进行长途追击。伏允低估了这支唐军。李靖精通兵法自不必说，其帐下如侯君集、李道宗等都是身经百战的汉族名将；更有契苾何力、阿史那社尔、执失思力等铁勒和突厥族杰出将领，对草原、戈壁、沙漠和高原的行军作战谙熟于胸。
李靖和众将决定克服一切困难，长驱直入，穷追猛打，誓歼顽敌。他把追击的唐军分做南、北两路，自领北路，由侯君集和李道宗率领南路。在千里荒漠中，两路唐军边寻找牧草、渴时杀马饮血，边探寻敌军踪迹，还要忍受高原上昼夜温差大的煎熬。他们先后觅得多支吐谷浑军，战而胜之，俘杀其名王数十人，并用缴获的牛羊充当了军粮。唐军战力和信心不减。李靖所率北路军的前方，就是连遭败绩的伏允可汗及其残部。这时，他已经逃到了吐谷浑的西部边境且末。唐军前锋契苾何力紧追不舍，于且末境内击破伏允可汗牙帐，斩数千人，缴获了吐谷浑国家最后的资产：牛羊二十多万头（只）。伏允可汗还是逃脱了。他率一千余骑兵逃进了今天的塔克拉玛干沙漠。士兵们发觉再跟随伏允已毫无前途，因此大多离他而去。绝望中的伏允可汗被其部下所杀。
亲唐的伏允可汗长子慕容顺，杀死一贯与唐朝为敌的吐谷浑权臣天柱王，率部降唐。这场为时两个月的战争结束。唐朝先后封慕容顺和其弟诺曷钵为郡王，继续管理吐谷浑，唐朝军队则获得驻扎吐谷浑的权利。
从吐谷浑回师的李靖，再一次于家中闭门不出，谢绝宾客，就算他的亲戚也不得随便进入他的府弟。公元年，李靖被晋封卫国公。李世民曾亲自到李靖府内慰问。公元年，李世民欲平定高句丽，诏见李靖，询问他能否重新挂帅出征。李靖早已经判断出唐朝不可避免地会发动对高句丽的战争，他向李世民委婉地表示，其实他一直在等待着这场对唐朝来说意义重大的战事，并表示如果能领兵出征的话，自己的病情就有望痊愈。李靖是想以最后的心血来报效国家。此等壮烈情怀，怎能不让人动容！李世民看着衰老不堪的李靖，担心他可能无法胜任，转而才御驾亲征。
公元年，大器晚成的李靖走完了自己的一生。唐朝百姓认为他经常能显灵救困，就开始为他建庙奉祀。逐渐地，李靖在民间也成了神衹之一。
李靖在军事上既是实践家，又是理论家。虽然他的众多军事论著现已佚失，但是从唐宋典籍中仍然可以梳理出许多书目和内容，如《霸国箴》一卷、《六军镜》三卷、《阴符机》一卷、《玉帐经》一卷、《韬钤总要》三卷、《韬钤秘书》一卷、《卫国公手记》一卷、《兵钤新书》一卷、《弓决》和《李卫公兵法》等。从其中一些散存的记述中，我们依稀可辨李靖在战略、战术和治军、行军、战役实施、兵种配合等方面宝贵的知识总结。李靖是我国军事思想史上里程碑式的人物。