西突厥的灭亡，为稳定西域局势起了决定性的作用，原来依附西突厥的小国纷纷归降大唐。显庆三年(658年)石国曹国等昭武九姓(今俄国、土耳其及阿富汗东北部)内附，唐高宗下诏以其地置州县府一百二十七个。显庆五年(660年)，高宗再派大将军郑仁泰带兵讨思结、拔也固、仆骨、同罗四部，三战三捷追奔百余里，斩其酋长而归。龙朔元年(661年) 吐火罗、哒、罽宾、波斯等西域十六国(今中亚细亚至伊朗一带)内附，高宗下诏以其地置都督府八、州七十六、县一百一十、军府一百二十六，并隶安西都护府。龙朔二年(662年)铁勒九姓叛变，高宗派薛仁贵出兵天山，薛仁贵三箭射杀三人，余部下马投降，薛仁贵率军渡碛北，生擒叶护兄弟三人，胜利而归。军中歌曰：“将军三箭定天山，壮士长歌入汉关。”漠北悉平。
昭武九姓及西域十六国的内附，标志着天可汗体系的进一步扩张。罗香林有云：天可汗制度存在一百三十七年，其中以贞观四年至显庆年间，最为荣耀。李治无疑应记一功。
灭高丽：显庆五年(660年)，利用百济入侵新罗，新罗王春秋上表求救之机，高宗派左武卫大将军苏定方为神丘道行军总管，讨伐百济。八月，义兹隆及诸城主皆降。分百济为五部三十七郡，置熊津等五都督府，又把百济划入大唐疆域。
乾封元年(666年) ，高宗又以李勣动为辽东道行军大总管，经两年苦战，于总章元年(668年)，终破高丽，分高丽为五部，置九都督府，设安东都督府于平壤，以右威大将军薛仁贵检校安东都护，纵兵两万以镇抚之。其间白江口海战，为中日第一次大规模交锋，唐军以少胜多完胜倭寇，此后日本完全折服于大唐国威之下，掀起从政治制度、文化生活到宗教哲学全盘仿效大唐的风潮。《大宝律令》便是模仿唐律所制，日本天皇亦曾取贞观等作为年号，以致后世引起混淆。比如唐贞观年间未曾铸钱，传世的“贞观通宝”其实是日本所铸。
高丽的覆灭和安东都护府的成立，使大唐帝国发展成东有高丽，西尽波斯，北至西伯利亚，南至林邑(越南)的疆域广大、多民族融合的强盛大国。唐朝疆域，此时达到了极盛。
战吐蕃：然而唐征服四方，却在西南边陲遇到劲敌，即是新兴的吐蕃。时松赞干布已死，宰相禄东赞独揽大权，不忿吐谷浑内附唐朝，发兵攻打尽覆其国。唐廷调解未果，双方从此交恶。高宗于是任命薛仁贵为主帅进攻吐蕃并援送吐谷浑还故地。此役，唐军出动10余万人，欲长驱直入，一举击败吐蕃。薛仁贵深知吐蕃军兵多将广，且以逸待劳，唐军须速战速决，方能取胜。故留郭待封率2万人守护辎重、粮草，令其于大非岭上凭险置栅，构筑工事，自己亲率主力，轻装奔袭，大败吐蕃，薛仁贵乘胜进占乌海城，以待后援。但郭待封自恃名将郭孝恪之后，不服薛仁贵管制，擅自率后队继进，又未能及时与主帅会合。吐蕃军抓住战机，以20余万之众邀击其部，郭待封不能抵敌，辎重、粮草尽失。薛仁贵被迫退保大非川。吐蕃军遂在号称“吐蕃战神”的钦陵指挥下，以40余万大军逼唐军决战。薛仁贵无险可据，更无粮草供应军需，大败，几乎全军覆没。
