公元657年春，出任伊丽道行军大总管，再次出征西突厥，在曳咥河之战中大破西突厥，一战灭之。中亚各国纷纷向大唐投降，整个西域掌握在大唐手中。因功，升任左骁卫大将军，封邢国公。此后两三年间，苏定方转战西域，开疆扩土，葱岭（今帕米尔高原）以西全部纳入大唐版图，大唐西部边境直抵咸海（今哈沙克斯坦和乌斯别克斯坦交界）。
公元660年三月，出任神丘道行军大总管，再次挂帅出征百济，至九月初平定百济，俘虏百济王，百济灭亡。
公元663年六月，年过古稀，再次出任安集大使，坐镇西陲。公元667年，病逝军中。追赠：左骁卫大将军、幽州都督，谥号"庄"，位列《十七史百将传》之一。
其一生，战果辉煌，威震敌胆，北击颉利（东突厥），西灭突厥（西突厥），东平百济（朝鲜半岛），南镇吐蕃，纵横万里，灭三国而皆擒其主，致使西域无人敢犯大唐之威，大唐疆域在此时达到了最巅峰。可称大唐灭国第一人，灭世名将，大唐头号战神，当之无愧。
