贺鲁欺唐军兵寡势孤，遂舒展左右翼将唐军团团包围。苏定方命令步兵据守南原，长矛密集排列，矛尖朝外，布成长矛阵；自己率骑兵于北原列阵待敌。西突厥骑兵先行攻击南原步兵长矛阵，连续冲击三次，皆未能动摇步兵阵脚，不由气馁。定方趁势率领精骑出击，大破西突厥军，追杀转战三十里，斩首数万级。翌日，苏定方继续追击，西突厥弩失毕五部举众降；贺鲁与处木昆屈律啜率数百骑仓皇西走。
咄陆五部闻知可汗贺鲁败逃，亦奔南道投降唐安抚大使阿史那步真。于是西突厥各部悉定，唯可汗贺鲁与子咥运率领其牙内余众西走，欲投奔石国（古国名，昭武九姓之一，故地在今乌兹别克斯坦塔什干一带）。苏定方不给贺鲁死灰复燃的机会，决意“宜将剩勇追穷寇”。适逢天降大雪，平地雪深二尺，行军困难，部下请求待天晴再追。定方认为正可趁天雪之机，攻敌不备，追击不可稍缓，遂率军昼夜兼程疾进；进至双河，与阿史那步真部会师。
双河距离贺鲁驻地约百里，定方下令军队结阵前进，逼近金牙山贺鲁的牙帐。贺鲁万料不到苏定方会冒雪踏雪进兵追击，还有闲情逸致正准备出猎，毫无防备。苏定方趁敌不备纵兵突击，于伊丽水畔大破贺鲁牙军，斩俘数万。贺鲁与子咥运渡伊丽水宵遁。苏定方追击至碎叶水（今中亚楚河），尽夺贺鲁部众，贺鲁父子领着十余骑逃奔石国。定方必欲斩草除根，以绝后患，遂派遣副将萧嗣业率部追捕贺鲁父子。
贺鲁父子逃到石国苏咄城，被城主诱捕，送往石国；石国国王将贺鲁父子送交萧嗣业，共历七十六年的西突厥汗国灭亡。唐分其地设置濛池、昆陵两都护府。苏定方挂帅征西，一举灭西突厥汗国，生擒沙钵罗可汗阿史那贺鲁，振旅班师。唐高宗临轩，苏定方戎装操执贺鲁献俘。高宗大悦，策功拜定方左骁卫大将军、邢国公。【西征平叛乱】659年十一月，思结部（铁勒之一部）首领都曼联结疏勒、朱俱波（古国名，故地在今新疆叶城县）、喝盘陀葱岭三国起兵叛乱反唐，寇边地，破于阗（今新疆和田市），势头挺猛。
高宗任命左骁卫大将军苏定方为安抚大使，率军讨伐。苏定方挥师进抵叶叶水，叛军据保马头城（或作马保城）。苏定方挑选精兵万人、战马三千奔袭之，一日夜强行军三百里，次日清晨赶到城西十里。都曼见唐军神兵天降，大惊，赶忙率军出城交战。城门外一场大战，叛军大败，退守马头城，唐军进屯于城门。入夜，各路官军陆续赶来，紧紧围困住城池，伐木制云梯等攻具，准备攻城。
都曼见状大惧，自知不敌，遂面缚（两手反绑）着开城出降。苏定方一战平叛乱，生俘叛首，葱岭以西悉定。苏定方凯旋，来年正月还京。定方献叛首都曼于乾阳殿。高宗因定方求情而宽宥了都曼，迁苏定方左武卫大将军，增食邑三百户。【东征平百济】唐之时，今朝鲜半岛并立三个小国。半岛北部为高丽（又称高句丽，新旧《唐书》称高丽），东南部为新罗，西南部为百济，三国呈鼎足之势而长期争雄。
660年三月，新罗王金春秋不堪百济侵扰，遣使上书向大唐求救。初十日，高宗授左武卫大将军苏定方为神兵（或作神丘）道（或为熊津道）行军大总管，率领水陆大军十万东伐百济；同时任命金春秋为嵎夷道行军总管，命其率领新罗部众配合唐军。年近古稀、征尘未除的老将军苏定方再次披挂上阵，挂帅东征。苏定方率师自成山头（今山东荣成市东北，山东半岛最东端）渡海，直抵熊津江（今朝鲜南部的锦江）口。
时百济军已据江屯兵，固守熊津江口加以抵抗。苏定方率军登上东岸，依山结阵，与百济军展开大战。百济军大败，死亡数千，余者尽溃。定方水陆并进，直趋百济王都真都城。百济调动倾国力量抵抗，于城外二十里许同唐军交战。苏定方大破百济兵，斩首万余级，拔外城。百济王扶余义慈惶惧，同太子扶余隆逃到北部边境，定方进围真都城。
百济王次子扶余泰自立为王，率众固守；城内不少民众随嫡王孙扶余文思縋城而出，城防益弱。苏定方命令士兵登上城头高树旗帜，扶余泰势穷，遂开城投降。随后，百济王扶余义慈、太子扶余隆及所有城主皆降。百济国平。唐分百济地设置熊津等五都督府，以当地首领为都督、刺史。苏定方班师，献百济王扶余义慈、太子扶余隆、扶余泰等五十八人于东都则天门。
高宗责而宥之。【东征战高丽】661年四月，高宗任命苏定方为平壤道行军大总管，同契苾何力、任雅相、庞孝泰三大总管分道东攻高丽。唐三十五军兵马水陆并进，直趋高丽国。七月，苏定方破高丽兵于浿水（今朝鲜大同江），夺取马邑山作为大营；随后连破高丽军，进围平壤。九月，左骁卫大将军、辽东道行军大总管契苾何力大破高丽兵于鸭绿江，斩杀三万人，余者皆降；旋奉诏退兵。
转眼来到662年的早春二月。十四日，兵部尚书、浿江道行军大总管任雅相于军中病逝。十八日，左骁卫将军、沃沮道行军大总管庞孝泰与高丽军在蛇水交战，败绩，庞孝泰父子十四人尽皆捐躯。至此，在高丽奉诏退兵的四道大总管，契苾何力先行退兵，任雅相病故军中，庞孝泰战死，唯苏定方一军独全。三月，苏定方破高丽军于苇岛；复因孤军围困平壤而不克，又赶上天降大风雪，粮草不继，只好忍痛解除包围，退兵返国。
苏定方返朝，高宗大加抚慰。时西线不靖，吐蕃攻吐谷浑，吐谷浑可汗诺曷钵奔唐凉州（今甘肃武威市），请求内徙。唐遂发兵屯凉、鄯（今青海乐都县），以备吐蕃。高宗复将威名素著的老将苏定方调往西线，拜其凉州安集大使，以备战吐蕃，援吐谷浑。乾封二年（667），苏定方与世长辞，享年七十六岁。唐高宗甚为悼惜，赠其左骁卫大将军、幽州都督；谥曰“庄”。
苏定方既有绝伦的武艺，又有杰出的武略，知兵善战，智勇双全；其用兵擅长奔袭闪击，以迅猛制敌；而硬碰硬的对攻战亦是其强项，且总是以寡破众。苏定方征战一生，百战百胜，未尝败绩，名副其实的常胜将军。不知何因，也可能是青年苏定方曾有投身义军，先后跟随窦建德、刘黑闼对抗过唐军的经历，演义、评书等将苏定方丑化成一个大反派，真为这位一代忠勇名将感到冤屈。
