贞观四年（公元630年）正月初，李靖率三千精锐骑兵夜袭定襄。颉利没料到李靖来得这么快，认为肯定是唐朝的倾国之兵来了，连夜出逃。突厥精锐与李靖部决战，但这三千头猛虎的体力、兵器、马匹、战术均在突厥人之上，所以虽有十倍之众，但仍不敌，定襄迅速被李靖拿下。行军副总管尉迟恭率领一万人随后赶到，认为突厥人不过如此，请令追击，不料被颉利亲卫营一万人杀得溃不成军，方知李靖训习的精兵和用兵之法均非自己能比，这才真正心悦诚服。李靖汇合尉迟恭、柴绍、秦叔宝等人的队伍，把颉利逼向白道。那里，李勣按原定计划已经引兵在白道咽喉等着颉利了。
李靖能破定襄，主要是三个原因：一是颉利根本没料到订了渭水之盟才三年的唐军能够从防守转为进攻，防备不严；二是根本没有喘息时间联络草原各部兵马，所以号称“控弦百万”的突厥军队，在颉利身边的只有十几万人；三是由于颉利采取了加重草原百姓税赋的政策，致使各部离心，唐朝趁机暗结突利、薛延陀、思结等部，削弱了汗国的力量。
但是，醒悟过来的颉利仍然是一头雄狮。由他亲自率领的十万草原健儿仍然傲视天下。但现在他落入了李靖的包围之中：若是回头夺定襄，李勣军就会从白道下来抄后路；若是攻白道，李靖联军会紧追猛咬；其他各部落的兵马，要么被另外几路唐军牵制，要么作壁上观。僵持了一些时日，颉利最终决定突破白道回到铁山老巢，重新召集旧部。于是，白道成了血战之地。李勣虽然占据地利，居高临下攻击潮水般涌来的突厥人，但仍然损失了一半以上的兵马且在李靖的痛击下才堪堪获胜。最终，颉利成功带领亲卫营突破白道防线，沿阴山逃回铁山老巢。
定襄大捷和白道胜利，让唐朝扬眉吐气，李世民非常高兴，认为足以雪渭水之盟之耻。老奸巨猾的颉利回到铁山后又集聚了十来万人，但他深知李靖已在白道会师，大势已去，硬拼不行，只能先服软，就派使者到长安请和，表示愿意向大唐投降。然而实际上，这是颉利的缓兵之计，只等草原上的草长出来后养肥马匹，整合各部，再起倾国之兵灭了唐朝——这次拿多少钱粮都不干了，要使突厥铁蹄踏过的地方鸡犬不留！
朝中大臣包括房玄龄、杜如晦、长孙无忌、萧瑀等人，都认为向来是大唐向突厥求和，这次颉利失败求和是好事，但要让他亲自到长安来朝见天子，等他来了就扣下做人质。李世民认为可以，就派鸿胪寺卿唐俭、将军安修仁出使铁山，迎接颉利入朝，并命李靖驻军白道勿动，等候朝廷旨意。唐俭、安修仁到了白道，传了李世民的旨意，再去铁山见颉利。颉利好酒好肉招待，满口答应待身体好一点就去朝见李世民。
李靖待唐俭一走，就聚将议事，揭穿了颉利的阴谋，认为仗打到这份上，如果不趁势灭掉突厥，北伐战果将付之东流，颉利重振军势后必将卷土重来，再次对大唐造成危害，必须一鼓作气彻底解决北方的威胁。众将虽服李靖之论，但认为皇帝有明诏不许出兵，而且唐俭、安修仁在颉利帐中，若是出击，二位使臣性命难保。李靖森然道：与国家大业相比，唐俭也顾不得了！众将面面相觑。
包括李靖在内的所有将领都清楚，唐俭非比寻常使者，与李世民关系很铁。当年，李世民在太原起兵时，是唐俭鼓动的。如果按李靖的方略，一则违抗了皇帝的旨意，二来让皇帝的好友重臣处于极险之地，都无法向李世民交代。但李靖为了大局，坚持有任何罪责自己承担，亲选一万精锐乘雾气从阴山出击铁山，端掉颉利的老窝；又命李勣率大军北进，在碛口（今内蒙古自治区二连浩特边境）切断颉利深入大漠的道路，并震慑北方诸部；再命任城王李道宗守好西边，防止颉利出逃吐谷浑。
安排停当，李靖以迅疾的速度行军，乘夜直插铁山。颉利根本没料到大唐派使臣议和后李靖仍会突然杀到，根本来不及组织人马，结果被李靖袭破牙帐，斩首万余级，俘获男女十余万、杂畜数十万。颉利骑上马率亲随北逃，闻听李勣已夺了碛口，且北地各部首领都纷纷向李靖请降，自知大势已去，便西投吐谷浑，却被西线的李道宗包围，最后被李靖部下张宝相生擒。突厥汗国灭亡。于是东至辽海（今辽河上游），西临金山（今阿尔泰山），北濒西海（今贝加尔湖），南抵贺兰山，遥遥万里疆域，尽属大唐。至此，李靖共为大唐打下了约六百万平方公里的国土，登上历史将帅的巅峰。
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但就在李靖大获全胜之后，他找李勣深谈了一次。李勣认为，这样的功劳，恩师肯定是要出将入相，而自己作为副帅，是兵部尚书的最佳人选。李靖却告诉他，第一，功高震主者危，不仅皇帝忌惮，大臣们也妒忌，所以马上要做的事就是交出兵权，特别是把他训习的精锐部队尽数交回十二卫，上表辞官；第二，李勣也当不上兵部尚书，因为侯君集没有参加北伐，一直在告他们的黑状，皇帝不仅不会让李勣当兵部尚书，还有可能降他的职。李勣心头不服，但他一向尊敬李靖，就以老父亲病重需要照顾为由上表辞官。果然不出李靖所料，李世民根本不让李勣回朝，批准他先回乡尽孝，再到并州担任都督府长史。注意，李勣在北伐前是并州都督，现在立了大功，反而降职使用。李勣心头那个苦啊，不明白是为什么。李靖告诉他，这是皇帝在考验他。北伐灭掉了一个大国，皇帝对正副元帅都不封赏，其他的将领就更不用说什么了。这是帝王之术。
李勣乖乖地交了兵权回家看老父亲去了，此后乖乖地干了十多年的并州都督府长史；李靖则独自一人骑马回长安，等待他的不是封赏，而是审判。
萧瑀、侯君集、温彦博等大臣的奏表雪片般地飞向李世民的案头，罗列了李靖的罪状，主要有这样几条：一是李靖再次抗旨（第一次是灵州出兵入关），目无主上，仅这一条就是死罪；二是冒险进军，虽平定突厥，但置朝廷重臣的生死于不顾；三是在攻打突厥的过程中纵容部下抢掠珍宝无数，军无法纪；四是到处宣扬自己的盖世功劳，克扣军饷，中饱私囊。
应该说，这四条罪状并非完全是捏造的，以当时的制度，捏造罪状是要受到严厉惩罚的，其中亲自参与北伐的高甑生就从前线不断发回“证据”，更是增强了可信度。但只有李靖的徒弟苏定方知道，这是李靖故意犯错埋下的伏笔：不抗旨进军，强大的突厥平定不了；不冒险进军，不能彻底端掉颉利老窝；不让部下私掠战利品，军队就不会有这么强的战斗力。至于宣扬功劳、中饱私囊是没有的，但这起震动天下的大规模军事战役，就是李靖闭嘴也会被天下人传扬。而李靖这么做，除了军事上的考虑，还有故意犯错让这场改变了亚洲历史格局的战争有一些瑕疵，以便“将功折罪”，保全自身。
李靖是聪明人，李世民也不笨。他实在没什么可赏李靖的了。这种大功，必须压制，不然北征的将领们都会把尾巴翘到天上去。李靖回朝后，李世民寒着脸把一摞摞的弹劾奏章放在他面前让他自己看。李靖也不看，只是低头认罪。李世民假装叹息着说：打仗是不容易，但您犯下了这么多错误，叫朕如何是好？公开审理吧，朕于心不忍；置之不理，众大臣那里不好交代。李靖只是诺诺连声，请求李世民降罪处分，并罢免一切官职。李世民说：没功劳还有苦劳呢，您已经是六十岁的人了，先回家休养吧。
于是李靖回家休养，闭门不见客，部下将领见他不着，投书给他也不接收，都很惶恐。这时，苏定方主动出来为李靖背黑锅，请李世民销案。在奏表中，苏定方把一切罪责都往自己身上揽，说自己是唐军先锋，确有驭军不严之责，抢夺突厥财物的事大将军并不知情。于是李世民罢了苏定方的官，御书“永不叙用”来平息大臣们的“愤怒”。
其实这一切，都是李靖和苏定方师徒商量好的应对之策。
李靖在家休息了一段时日，李世民观察李靖深居简出，丝毫没有野心，这才加李靖为左光禄大夫，增邑五百户，赐绢两千匹，封代国公（从一品）。不久，正式任命李靖为尚书右仆射。李靖以退为进，成功出将入相。于是，就有了开头王珪的评价。
李靖入相后，上朝时往往显得很笨拙的样子，好像口才很差。许多大臣认为李靖老了，而李世民、房玄龄等人则清楚这是李靖不愿抛头露面，因为李靖私下上的奏章非常有条理，对如何安置突厥百姓、如何发展农商都有独到见解。李靖还非常重视体察民情，认为在朝堂上坐而论道，不能紧密结合民生，需要实地调查研究才能制定符合民情的政策。李世民批准，任命李靖为畿内道大使，与其余十三位重臣下基层，对全国的士、农、工、商、兵进行了大摸底，详细记录后写成奏表。贞观年间，李靖的治国方略起到了积极作用。
干了四年的宰相，李靖正式上表辞官。这在朝中引起了震动。李靖虽然已经六十四岁，但身体很好，精力旺盛，处理政务也无差池。李世民不准。李靖便写出言辞恳切的《乞解职表》，称自己有足疾，加之多年在外征战，一身伤病，要把位置腾出来给年富力强的才学之士。李世民只得准许，并趁机在这上头做文章，将李靖树立成为人臣子的楷模，加李靖为特进（正二品），并诏令他每隔三两日到中书、门下平章政事（即与中书、门下两省协商处理政务之意），仍然享有宰相的实权和待遇。“同中书门下平章事”官衔即从这里开始，成为实际的宰相，后来的左、右仆射反而逐渐没有权力，淡出政治舞台。
然而李靖刚刚辞位一个多月，大唐西边的吐谷浑大举侵犯唐朝西部边境，企图掐断大唐通往西域的经商要道。李世民以前一直对吐谷浑隐忍，因为要对付突厥人。现在，李世民要开创前所未有的盛世，岂容吐谷浑胡来？就想派兵剿灭，彻底打通与西方诸国的通道。不过，在用谁为帅上李世民有些犹豫。
满朝武将中，兵部尚书侯君集能战，但性格急躁，没有尽歼吐谷浑军的把握。最理想的人选，就是一生从无败绩的李靖。可是李靖已经退休了，又有腿疾，强行下诏不近人情。
在李世民为难的时候，李靖拄着拐杖主动请缨。李世民大悦，任命李靖为西海道行军大总管（元帅），统率兵部尚书侯君集、刑部尚书李道宗、凉州都督李大亮、岷州都督李道彦、利州刺史高甑生和归唐的突厥将领契苾何力等军进击吐谷浑。李靖在这次战争中，运用了先进的战车，首战便击溃吐谷浑伏允可汗的主力。伏允也做得绝，命军民烧尽野草，将兵马分散开来逃跑。李靖分兵追击，唐军深入两千余里。在大漠中，风雪连天，唐军吃尽苦头，但李靖始终咬定青山不放松，与部下一起啃冰卧雪，最终尽歼吐谷浑军，伏允可汗自缢身亡。李靖又为唐朝打下了一百多万平方公里的土地。至此，一代军神完美收官，共为大唐打下七百多万平方公里的土地。
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此后，李靖做到了真正退休，开始静心研究兵法。贞观十一年（公元637年）六月，李世民封李靖、长孙无忌等十四功臣为可以世袭的刺史，改封李靖为卫国公。贞观十七年（公元643年），李靖在凌烟阁二十四功臣中排位第八。李世民感念他的功绩，加开府仪同三司。
贞观二十三年（公元649年）五月，李靖临终，李世民前去看望，很动感情。李靖亦流着泪感谢李世民的知遇之恩。李世民在废除太子李承乾后立晋王李治为太子，担心太子制不住年富力强的兵部尚书李勣。李靖临终前为李世民出最后一谋：大丈夫以恩义立世，太子对李勣没有恩威，所以陛下可将李勣贬为下州都督，待太子继位后再提升为宰臣。这样，李勣就会死心塌地辅佐太子。李世民大悟，当即把李勣贬为叠州（今甘肃省迭部）都督。后来李治继位，李勣升任尚书左仆射，成为三位顾命大臣之一，善终。
李靖享年七十九岁，李世民亲自为他写追悼词《赐李靖陪葬诏》，谥号“景武”，追赠司徒，位列三公，以一品羽仪陪葬昭陵，尽享王公大臣最高规格。纵观李靖波澜壮阔的一生，不朋不党，善知进退，不仅料敌如神，还对自身的处境有精准的判断。老子曰：知人者智也，自知者明也。李靖的一生，是对这句话的最好诠释。
