灭掉西突厥之后，由于西域有三个国家叛乱，随后苏定方奉命领军西征（659年）。在这一战中，苏定方将唐朝西部疆域推到了里海（一说咸海）， 臻于极致。就在这一年，苏定方还曾大败吐蕃。
660年，苏定方率水陆大军十万人征讨百济。在这一次战争中，苏定方是跨海登陆的两栖作战，在中国古代战争中非常罕见。当时，百济和高句丽结盟，对抗唐朝和新罗，所以灭掉百济，就为后来消灭高句丽打下了坚实的基础。
灭掉百济之后，唐军对高句丽形成南北夹攻之势，于是苏定方奉命进攻高句丽。在661年8月大败高句丽，并且兵临平壤城下。后来，由于北路唐军回师、高句丽天气太冷，百济旧将发动叛乱，以及新罗无法按期支援等原因，662年2月苏定方无奈班师回朝。
其实，苏定方回军的原因还有一个，就是吐蕃趁机在西北发动战争，牵扯唐朝兵力，不让唐朝顺利灭掉高句丽。作为一个合格的救火队长，唐高宗李治最信任的将军，苏定方很快就去了西北"节度诸军"。667年，苏定方度过他戎马生涯的最后时刻。
