铁勒有思结、多览葛等九个部族，原先据守天山，等郑仁泰率领部队达到后，他们因为恐惧纷纷投降，郑仁泰没有接受，俘虏了他们的家室赏给了唐军的将士们，这时候，有人报告说：“敌人的军需物资和牛羊马匹遍布原野，可以将它们夺回来为我们所用。”郑仁泰当即挑选一万四千名骑兵，脱掉铠甲轻装上阵，穿过沙漠，到达仙萼河，没有看到敌人的踪影，士兵们直到粮食吃光才往回撤，结果回来的路上，饥饿的唐军将士们相互厮杀吞食，等回到军营时，剩下的骑兵只剩很少一部分，薛仁贵把部下抓来的铁勒族女人当作妾，接受了很多贿赂赠送的财物，被有关官员向唐高宗李治检举弹劾，李治本来打算治罪，但因为薛仁贵立下大功而宽恕了他。郑仁泰、薛仁贵率军赴天山后，九姓铁勒率兵数十万前来迎战，命令十几个骁勇的骑士前来挑战，薛仁贵临危不惧，在阵前连发三箭射死三人，剩下的骑士都被薛仁贵勇猛震慑，都下马请降，薛仁贵乘势挥军杀出，大败九姓铁勒，并坑杀了降兵，紧接着，薛仁贵又越过碛北追击铁勒的败军，生擒敌军叶护（首领）兄弟三人，薛仁贵胜利收兵后，唐军中传唱说：“将军三箭定天山，壮士长歌入汉关。”从此，九姓铁勒开始衰败，唐朝的边疆隐患就此解除。
乾封二年（667年），李勣首先进攻号称“高丽西边要害”的新城，趁势挥军进击，连续攻下十六座城，泉男建派兵袭击尚在新城的庞同善、高侃，薛仁贵闻讯后，率军及时救援，击败高丽军，斩首数百人。高侃进军到达金山后，交战不利，高丽趁胜进攻，薛仁贵引兵迎击，将高丽军截为两段，大破高丽军，斩首敌军近五万人，并乘胜攻陷了南苏（今辽宁抚顺东苏子河与浑河交流处）、木底（今辽宁新宾西木奇镇）、苍岩（今吉林集安西境）三座城池，顺利与泉男生会师。唐高宗李治听说后，亲自给薛仁贵写信说：“金山的战事，贼兵非常多，你不顾自己的性命，冲在前面奋力杀敌，所向无敌，各部军队作战勇猛，才使得这次战役很快就取得了胜利，你要抓住机会，建功立业，成全自己的美名啊！”
总章元年（668年），薛仁贵率领三千人进攻高丽重镇扶余城，部将们都以兵少为由，劝他不要轻举冒进，薛仁贵却说：“用兵之道在于谋勇，而不在人多。”坚决率军出征。这次战役，他再次身先士卒，杀获高丽军一万多人，攻破扶余城（今吉林四平），唐军一时声威大振，高丽扶余川四十多个城池都纷纷望风降服，之后薛仁贵一路凯歌高奏，与李勣大军在高丽都城平壤外会师，对平壤形成合围之势。九月，当地的僧人信诚开门接纳唐军，李勣趁势进攻，一举攻陷平壤，擒获泉男建，高丽宣告灭亡，唐廷命薛仁贵为右威卫大将军兼检校安东都护，封平阳郡公，率兵二万留守平壤。由于高丽民众的叛乱不断，薛仁贵赴任后，便从平壤移至新城（今辽宁抚顺高尔山城），他在任内抚养孤儿、赡养老人、惩治盗贼，提拔任用高丽当地的优秀人才，表彰奖励品德高尚、行为优异的百姓，一时间，高丽百姓都非常喜悦，甚至都忘掉了才经历过的亡国之痛。
咸亨元年（670年），唐朝为了打击吐蕃、光复吐谷浑，出动五万大军护送吐谷浑王回到青海，朝廷任命薛仁贵为逻娑道行军大总管，阿史那道真、郭待封为副总管，郭待封是名将郭孝恪的儿子，曾担任鄯城镇守，他不甘心屈居薛仁贵之下，经常违抗薛仁贵的命令，唐军抵达青海湖南面的大非川（今青海共和西南切吉平原），准备赶往乌海，薛仁贵对郭待封说：“乌海地势险要毒气又多，是条险路，但是如果我们行军速度够快就能成功，反之必定失败，大非岭宽阔平坦，可以设置两座营栅，把全部军需物资藏在营栅里，留下一万人守卫便可，我军快速挺进，乘敌人没有准备就发动攻击，就能取得胜利。”薛仁贵率军先行，到达河口后遇到了吐蕃军，薛仁贵击破吐蕃，收缴牛羊数万，回军到达乌海城后，等待后援。此时，郭待封开始傲慢起来，他不听从薛仁贵的命令，领着粮草辎重缓缓前行，等郭待封到达乌海时，吐蕃二十万大军前来救援，开始进攻郭待封，郭待封果然惨败，携带的军粮和辎重都被吐蕃军抢走，薛仁贵只得退军，屯驻在大非川。吐蕃开始派出四十余万大军进攻唐军，唐军不敌，大败，薛仁贵无奈之下，只好与吐蕃大将论钦陵求和，才得以退军，然而吐谷浑却从此沦陷。薛仁贵叹息说道：“今年是庚午年，降娄星当值，不应该到西方打仗，三国时期，魏国的邓艾正是因此死在了蜀国，看来我们的战败是定数啊。”因为此战战败，薛仁贵被革职除名为了平民。
咸亨二年（671年），高丽遗民发动叛乱，新罗赶来支援，薛仁贵被重新起用，担任鸡林道总管，负责惩戒支援高丽叛军并觊觎唐朝熊津都督府（百济故地）的新罗人，薛仁贵致书问罪新罗王金法敏，但到了上元年间，薛仁贵因为在伎伐浦（今韩国锦江口）被新罗船兵打败，又被流放到了象州。据说开耀元年（681年），唐高宗李治念及薛仁贵曾经立过大功，召见了薛仁贵，对他说：“以前在万年宫，没有你，朕就变成鱼了，你还曾经替朕消灭过九姓突厥、高丽，使漠北、辽东地区俯首称臣，这些可都是你的功劳啊，朕怎么会忘记呢？但是，现在有人在朕跟前告你，说你在乌海城下故意放跑了敌人，以致作战失利，这件事让朕非常遗憾，现在西边不安宁，瓜州、沙州的道路断绝，你怎么还能安稳地睡在家里，不去给朕指挥打仗去呢？”于是，薛仁贵被重新起用，官拜瓜州长史、右领军卫将军、检校代州都督。
永淳元年（682年），单于都护府（治今内蒙古和林格尔西北）检校降户部落官阿史德元珍投奔自称突厥可汗的阿史那骨笃禄，阿史德元珍进犯并州（今山西太原）和单于都护府北境，又入侵云州，薛仁贵奉命前去征讨，突厥人问道：“唐朝领军的将领是谁？”有人回答说：“是薛仁贵。”突厥人说：“我听说唐朝的薛将军被流放到象州已经死了，怎么又来打仗了呢？”薛仁贵听说后脱掉头盔去见他们，突厥人仔细一看大惊失色，纷纷下马排队拜揖，慢慢逃走，薛仁贵乘势追击，大败突厥军，斩杀上万人，俘虏两万多人，夺取突厥的驼马牛羊三万多只，取得了云州大捷。
永淳二年二月，薛仁贵去世，终年七十岁，唐高宗李治追赠他为左骁卫大将军、幽州都督，由官府提供车马，护送他的灵柩回到故乡，让薛仁贵得以入土为安。