为策应苏定方，高宗还任命新罗国王金春秋为嵎夷道行军总管，让其统率新罗军队配合唐军作战。
此时的苏定方刚刚擒获阿史那贺鲁，在李治心中他是除军神李世积外，最为得力的统帅。
八月份，苏定方从成山（山东威海荣成县成山镇）编波渡海，千帆万舰直发百济。登陆后迅速调整队形，向熊津城（今韩国忠清南道公州市，位首尔南，距离150公里）发起攻击。没多久熊津城被攻陷，百济战死数千人仓皇逃走。
苏定方指挥唐军从海、陆两个方向，直逼其国都泗沘城（今韩国忠清南道扶余郡）。行军不过二十余里，百济集结全部全力出战，一番惨烈搏杀，百济战死上万人，唐军趁势进入外城。
百济国王扶余义慈带着太子扶余隆逃向北境，唐军随即包围泗沘。国王次子扶余泰自立为王，率领残部坚守。太子扶余隆之子扶余文思见到大势已去，与左右亲信出城投降，城内众多百姓纷纷跟随前往，扶余泰无法阻止。
苏定方下令攻城，唐军将士迅速攀上城墙，大唐旗帜迎风飘扬，百济守军斗志全无，扔掉兵刃跪伏请降，扶余泰在窘迫之下只得出城投降。
逃往北境的扶余义慈、扶余隆，以及百济各地城主也相继请降。
百济原有五部，辖37郡、200城、76万户。高宗下诏，在百济设置熊津、马韩、东明、金涟、德安五个都督府，分别任命其酋长为都督、刺史。
十一月，苏定方留下郎将刘仁愿镇守百济府城，又安排左卫中郎将王文度为熊津都督，班师凯旋。
高宗在东都洛阳举行了盛大的受俘仪式，将百济国王扶余义慈等全部释放。
【04】李治与高句丽的首次碰撞无果而终
消灭了百济，下一个目标就是高句丽！
经过近一个月的准备，高宗于十二月十六日下达作战命令，计划兵分四路，从海、陆两个方向进讨。其中：
浿江道（今朝鲜义州）行军大总管由左骁卫大将恝苾何力担任；
辽东道行军大总管由左卫大将军苏定方担任；
平壤道行军大总管由左骁卫将军刘伯英担任；
镂方道行军总管由蒲州刺史程名振担任。
这四路唐军的总指挥，除刘伯英声名不显，其他三人都是百战名将。
就在唐军紧锣密鼓的准备期间，却发生了一起改变未来事态进程的亡人事故。
门下省给事中刘仁轨因得罪了宰相李义府，被平调到青州做刺史，奉命押运粮船渡海保障。当时风大浪急，根本不具备出海条件，李义府却催逼他即刻发船，导致粮船遇风在海上翻覆，淹死众多船夫。
李义府在高宗面前诋毁刘仁轨办事不力，请求把他斩首严明军纪。还好当时的朝廷风清气正，中书舍人源直心秉公直言：“仁轨无罪，海风暴起，非人力所能抗衡。”高宗采纳了源直心意见，把刘仁轨撤职，让他以平民身份从军效力。
这一决定，不仅为后来的大胜埋下了伏笔，还为大唐保留了一位贤良宰辅。
龙朔元年（661年）三月，大唐首任熊津都督王文度病故。百济僧人道琛、大将福信借机聚众占据周留城（今韩国扶安），并从倭国迎回王子扶余信拥立为王，率兵包围了刘仁愿。
消息传到大唐，高宗就地起用已经到达百济的刘仁轨，让他代理带方州刺史，统率王文度旧部支援刘仁愿。刘仁轨喜出望外的对众人说：“这真是天降富贵，老夫我势要扫清东夷，让大唐历法颁行海外。”
刘仁轨起自州郡，在陈仓做县尉时，因折冲都尉鲁宁横行不法将他处死。太宗因他擅杀武将本想斩了他，全凭魏徵力谏得以存活，调任栎阳县丞，靠着自身能力一步步做到了正五品的给事中，素以直言敢谏着称。
他虽是文官，却胆大心细，深谙兵法韬略。唐军在他统领下转战而前，所到之处势如破竹。
百济在熊津江口（今朝鲜南部锦江）竖起两层木栅，刘仁轨率领所部与新罗合力猛攻，阵斩万余人。道琛只得解除包围，退入任存城（今韩国忠清南道礼山郡凤首山上）据险固守。
任存城是一座建在山顶上的石头城，海拔四百多米，异常险峻。新罗军队因粮草缺乏撤军回返，刘仁轨兵力单薄无法独立进攻。道琛与福信趁机招揽残部，重新恢复了实力。
高宗诏令新罗发兵，新罗国王金春秋奉诏派大将金钦支援，却被百济所败，狼狈逃回新罗不敢再出来。福信杀掉了道琛和尚，独掌大权与唐军对抗。
四月十六日，高宗将作战计划进行了微调。把刘伯英拿掉，让苏定方担任平壤道行军总管，将精通骑兵作战的契苾何力调整到了辽东道，让任雅相担任浿江道行军总管，又安排萧嗣业统率胡人部落予以配合。以上共计三十五军，水陆并进。
苏定方攻灭百济，对半岛地形比较熟悉；任雅相、萧嗣业都曾跟随苏定方剿灭过西突厥，这样的人员搭配显然更为合理。
豪情满怀的李治想要效仿他的父亲李世民挂帅亲征，却遭到皇后武则天的坚决反对，她知道丈夫身体不好经常头痛，不愿让他到战场冒险。李治只得接受了妻子劝说，坐镇东都指挥。
七月份，各路唐军陆续接敌。
苏定方在浿江（今朝鲜义州）首战获胜，乘胜包围了高句丽国都平壤。
战至九月，辽东道唐军进至鸭绿江。渊盖苏文之子渊男生率数万精兵于江边顽强阻击，唐军多次进攻均无果而终。
关键时刻，猛将契苾何力赶来。此时的鸭绿江天寒地冻，河水已全部冻结，契苾何力率唐军踏着坚冰渡江，高声呼喝着攻击向前。高句丽守军被唐军的勇悍吓的肝胆俱裂，全军崩溃四散，唐军穷追数十里、斩首三万级，渊男生侥幸逃出生天。
恰在此时，因忠于唐室的回纥酋长婆闰逝世，他侄子比粟毒联合同罗、仆骨在大唐西境闹事。高宗担心陷入两线作战，下诏召回辽东道唐军，契苾何力奉命班师。
龙朔二年（662年）二月十四日，浿江道行军总管任雅相于军中病故。
二月十八日，左骁卫将军庞孝泰在平壤附近的蛇水边上，遭到高句丽优势兵力围攻，全军覆没，庞孝泰与他十三个儿子全部英勇战死。
苏定方在平壤城下打了七个多月，始终无法攻克。加之失去辽东道唐军策应，又遇天降大雪，只得解围收兵。
高句丽凭借地利之势、顽强意志以及一点小小的运气，逼退了强大的唐军，再次躲过一劫。
