同年四月，唐军前锋进抵高句丽，不断击败高句丽守军，六月，唐军至安市城（今辽宁海城东南营城子），高句丽莫离支渊盖苏文遣将高延寿、高惠真率大军二十五万依山驻扎，抗拒唐军。李世民视察地形后，命诸将率军分头进击。此战薛仁贵身着白衣，手持戟枪，腰挎双弓，大呼冲阵，所向无敌，高句丽军望之披靡。唐军大举跟进，高句丽军大败，被斩首两万余级。安市城之战后，高句丽举国震惊，后黄城、银城等地军民皆弃城而逃，数百里内断绝人烟。战后，李世民特意召见当时只是普通士卒的薛仁贵。李世民赐他马二匹、绢四十匹及俘虏十人为奴，并升其为游击将军、云泉府果毅。
唐军回师继续猛攻安市城，守军凭坚城固守。加之李积大放厥词，破城之日，屠杀城内军民百姓，以至于守城将士更加齐心合力。唐军久攻不克，后值冬天大雪，粮草不济，只得撤退。回师途中，李世民对薛仁贵说：“朕旧的将领都老了，不能承受战地指挥的繁重工作。朕每次都想提拔骁勇雄健的将领，没有比得上你的。朕不高兴于得到辽东，高兴得到你啊。”并提拔薛仁贵为右领军中郎将，镇守玄武门。
永徽五年（654年）闰五月初三夜，天降大雨，山洪暴发，大水冲至玄武门，守卫将士尽皆逃散。薛仁贵愤怒道：“哪里有天子情况紧急，宿卫之人立即就怕死逃跑的？”然后冒死登门框向皇宫大呼，警示内宫，唐高宗李治因此得以避过灾难。不久，大水淹没李治的寝宫，李治感恩道：“幸亏是你啊，才避免被淹没，我才知道有忠臣啊。”于是赐给薛仁贵一匹御马。
战功赫赫
显庆二年（657年）闰月，右屯卫将军苏定方进军西突厥，征讨反叛的阿史那贺鲁。薛仁贵上疏说：“臣听说师出无名，所以战事不会成功。明示天下敌人是贼寇，那么才有降伏敌人的可能。现在泥熟依仗一向拥有的才干，不愿屈居贺鲁之下，结果被贼寇击破，妻儿子女都被俘虏。汉兵之中有在贺鲁诸部落得到被击破的泥熟等人的家眷人口，将要把他们充入贱籍，处置方式是妥当的取回并且送还给泥熟等人，仍然一样赏赐。那么即同情怜悯了泥熟等人无枉被攻打的事件，又让百姓明白清楚贺鲁等部性如贼寇，知道陛下恩泽广布。”李治听取了他的意见，派遣人搜索贺鲁部的人送了回去，于是泥熟部的人请求跟随唐军效命。
显庆三年（658年），李治命程名振征讨高句丽，以薛仁贵为其副将。薛仁贵于贵端城（位于今辽宁浑河一带）击败高句丽军，斩首三千余级。
显庆四年（659年），薛仁贵又和梁建方、契必何力等，与高句丽大将温沙门战于横山。当时，薛仁贵手持弓箭，一马当先，冲入敌阵，所射者无不应弦倒地。接着，又与高句丽军战于石城，遇善射敌将，杀唐军十余人，无人敢当。薛仁贵见状大怒，单骑突入，将其生擒。十二月，薛仁贵又与辛文陵在黑山击败契丹，擒契丹王阿卜固以下将士，战后他因功拜左武卫将军，封河东县男。
三箭定天山
三箭定天山
龙朔元年（661年），一向与唐友好的回纥首领婆闰死，继位的比粟转而与唐为敌。李治诏右屯卫大将军郑仁泰为主将，薛仁贵为副将，领兵赴天山击九姓铁勒。临行，李治特在内殿赐宴，在席间对薛仁贵说：“古代有善于射箭的人，能穿透七层铠甲，你射五层看看。”薛仁贵应命，置甲取弓箭射去，只听弓弦响过，箭已穿五甲而过。李治大吃一惊，当即命人取坚甲赏赐薛仁贵。
郑仁泰、薛仁贵率军赴天山后，九姓铁勒拥众十余万相拒，并令骁勇骑士数十人前来挑战。薛仁贵临阵发三箭射死三人，其余骑士慑于薛仁贵神威，都下马请降。薛仁贵乘势挥军掩杀，大败九姓铁勒，并坑杀降卒。接着，薛仁贵又越过碛北追击铁勒败军，擒其叶护（首领）兄弟三人。薛仁贵收兵后，军中传唱说：“将军三箭定天山，壮士长歌入汉关。”从此，九姓铁勒衰败，不再为边患。
铁勒有思结、多览葛等九个部族，原先据守天山，等郑仁泰率