公元643年（贞观十七年），李治做了皇太子，改封李勣当太子詹事兼左卫率，加位特进、同中书门下三品。李世民对他说：“我的儿子刚当上太子，卿原来是他的长史，如今把宫中的事情委托给卿，所以有这样的任命。虽然委屈了卿的阶位、资历，可不要见怪啊。”李世民又曾经在闲暇中设宴，望着宴上的李勣说：“我准备把年幼的太子托付给大臣，想来想去没有比卿更适合的人。你过去不遗弃李密，现在难道会有负于朕吗？”李勣拭泪致辞，因此咬破手指流出血来，一会儿沉醉不醒，李世民就脱下自己的御服给他盖上，李勣受李世民委托，被信赖就像这样。
公元644年（贞观十八年），李世民宗准备亲自征伐高丽，任命李勣为辽东道行军大总管，攻破盖牟、辽东、白崖等数城，又跟从太宗摧毁了驻跸山下的敌阵。因为立功，封李勣的一个儿子为郡公。
公元646年（贞观二十年），薛延陀的部落发生内乱，朝廷下诏命李勣率二百名骑兵乘便发动突厥的军队前去讨伐。到乌德革建山，大战敌军，打败了他们。薛延陀的大首领梯真达官率部下投降，薛延陀的可汗咄摩支往南逃窜到荒谷，朝廷派遣通事舍人萧嗣业招慰他的部属，送到京师，于是漠北全都平定了。
备受荣宠
公元648年（贞观二十二年），李勣转任太常卿，仍然同中书门下三品。过了十天，又拜太子詹事。
公元649年（贞观二十三年），李世民卧病，对李治说：“你对李勣没有什么恩惠，我现在准备贬他为外官。我死后，你应当授给他仆射的官职，他就蒙受了你的恩惠，必定为你尽死力。”于是派李勣出任叠州都督。李治即位，当月，召他入朝拜洛州刺史，接着又加封开府仪同三司，命他任同中书门下，参与执掌机要事务。这一年，又册拜为尚书左仆射。
公元650年（永徽元年），李勣上表请求免除自己仆射的职务，李治还是命他以开府仪同三司的职务依旧执掌政事。
公元653年（永徽四年），册拜为司空。当初在贞观年间，李世民因为他功勋
卓著，曾在凌烟阁上为他画像，到这个时候，李治又命令为他画像，还亲自为画像作序。
公元655（永徽六年），李治欲废王皇后，立昭仪武氏为皇后。但朝中大臣反对，因此李治问李勣说：“‘朕打算立武昭仪为皇后，褚遂良固执己见，以为不可。褚遂良是顾命大臣，这件事应该怎么办呢？”李勣回答说：“这是陛下的家事，何必更问外人！”于是李治坚定了废王立武的决心，而李勣也因此得到了李治和武皇后的信任。
公元658年（显庆三年），跟从李治到东都，在路上得病，李治亲自慰问。
公元664年（麟德初年），东封泰山，李治诏封李勣为封禅大使，于是随从李勣东去。途中在滑州住宿，李勣的姐姐很早守寡，住在李勣的旧宅，武皇后亲临她的住所慰问，赐给她衣服，还封她为东平郡君。李勣又坠马伤脚，李治亲自下问，把自己乘坐的马赐给他。
灭高句丽
公元666年（乾封元年），高句丽权臣盖苏文病死，其子男生继掌国事，另外两个儿子男建、男产发难，驱逐男生。男生奔唐朝，恳求唐朝发兵相助。
公元668年（总章元年），李治任命李勣为辽东道行军总管，率兵二万攻城略地打到鸭绿江。男建派他的弟弟来抵抗，李勣发兵打败了他。追赶敌军跑了二百里，到达平壤城。男建关闭城门不敢出战，敌军所有的城堡都惊骇不安，很多人离城逃走，来投降的人络绎不绝。李勣又带兵包围平壤，辽东道副大总管刘仁轨、郝处俊，将军薛仁贵都在平壤会合，分路夹击平壤，经过一个多月，攻克了平壤，俘虏高丽王高藏及男建、男产，分割高丽所有的城，并入州县。此战，唐朝共获一百七十六城，六十九万七千户。至此高句丽国灭，分其地置九个都督府，四十一州，一百县，设安东都护府统管整个高句丽旧地。
整顿军队凯旋。李治命令李勣顺路把高藏和男建先在昭陵举行献俘仪式，献俘的礼仪结束后，整顿军容后进入京城，到太庙献俘。
生荣死哀
公元669年（总章二年），李勣被加封太子太师，增赐封邑连同以前的有一千一百户。这一年，李勣卧病，皇帝诏封李勣的弟弟晋州刺史李弼为司卫正卿，让他能够在京城照看哥哥的病。李勣与弟弟李弼特别友爱，家门以内，李勣严肃得像父亲一样。自从得病，李治和皇太子李弘送药，就拿来服用；家里请医生、巫师，他都不许进门。他的子弟坚决送药给他服用，李勣对他们说：“我只不过是山东的一个田夫，攀附英明的君主，过度占取富贵，地位达到了三公的顶点，年纪将近八十，这难道不是命吗？寿命的长短必定是有期限的，怎么能随便就医求活命呢？”竟然拒不服药。
有天，李勣忽然对李弼说：“我的病好像稍微好些了，可设酒宴来娱乐一下。”于是堂上女乐工奏乐，檐下罗列子孙。酒宴结束，李勣对李弼说：“我自己估量一定是要死的，想与你诀别罢了。恐怕你悲伤哭泣，骗你说病好像好些了，你不要哭，听我立规矩。我看房玄龄、杜如晦、高季辅辛辛苦苦建成家业立起门户，也希望把家业传给后辈子孙，结果都被愚蠢的儿子败家荡尽。我有这些犬子，要托付给你，你可要加意防察，有操行不轨、交结邪恶的，立即打死，然后告诉我。又见人死后多埋藏黄金、宝玉，也不必这样。只用麻布覆盖的车，载我的棺木，棺中装殓用平常穿的衣服，只加朝服一套，死后如果有知觉，希望穿上它拜见先帝。随葬的器物只做马五六匹，地宫里的帷帐用黑布做顶，四周围白纱，帐里放十个木偶，表示依照古礼用草人草马殉葬的意思，此外一物不用。姬妾以下，有子女愿意留下自己养育的听任自便，其余的全都放她们离开。丧事办完，你就搬进我家居住，抚恤小儿弱女。违背我的话的，就如同刺杀我的尸体。”说完后什么话也不再说了，李弼等遵行他的遗言。
669年12月31日（总章二年十二月戊申（初三）日），李勣去世，享年七十六岁。李治为他举办丧事，停止上朝七天，赠太尉、扬州大都督，赐谥号叫贞武，赐给棺木，让他陪葬在昭陵，命司平太常伯杨日方摄同文正卿监护丧事。到了下葬的那天，李治到未央古城，登楼为他送葬，望着灵车痛哭，并为他安置祭奠。李弘也跟着李治给李勣送葬，悲痛到极点，使左右的人都受到感动。皇帝命令百官送到旧城西北，所筑的坟都依卫青、霍去病的先例为准，仿照阴山、铁山及乌德革建山，用来表彰他击败突厥、薛延陀的功劳。
公元684年（光宅元年），李勣得以配享高宗庙受祭。
个人特征
知人之明
李勣前后战胜所得到的黄金、丝帛，都分发给将士。刚到黎阳仓时，去领粮的人有数十万人。魏征、高季辅、杜正伦、郭孝恪都到黎阳仓做客，他们一出现在众人之中，李勣就恭敬地以礼相待，把他们引到卧室里，谈笑而忘记了疲倦，到平定虎牢关，抓获伪郑州长史戴胄，知道了他的品行、才能，很快就释放了，这些人一一受到李勣的推荐，都做到了显贵的高官，当时人们称李勣有知人之明。
重情重义
平定王世充后，李勣的结拜兄弟单雄信被俘虏，依例叛处死刑，李勣上表称赞单雄信武艺绝伦，如果从处死的人中收留他，一定会感恩戴德，能为国家效命，请求用自己的官爵赎雄信的死罪，李渊不准许。临到就要受刑的时候，李勣对着雄信号啕痛哭，割下自己大腿上的肉给雄信吃，说：“生死永别，这肉和你一起入土吧。”于是收养了雄信的儿子。李勣每次指挥行军作战，很能筹划，临敌应变，行动都合乎机宜。与人一起谋划计策，能辨别它的好坏，听到别人一点好的计谋，就握住手腕高兴地听从，作战取得胜利的时候，多把功劳推让给部下，因此人都愿意为他效力，指挥军队所到的地方，多能破敌取胜。到李勣去世，听到消息的人没有不悲痛伤感的。
人物评价
总评
李勣一生，经战阵无数，早在瓦岗寨时，他从李密征战，就为瓦岗军立下了汗马功劳；归唐后，又屡从唐太宗征讨，平王世充，灭窦建德，伐刘黑闼，为大唐王朝的建立，立下了不朽功勋；后来在攻灭东突厥，平定薛延陀等重大军事战役中，都做出了重大贡献，为大唐王朝的稳定、强大，立下了汗马功劳。他所得赏物，大都分赐手下将士。大功成就，常推功于别人，故而人尽死力。…
