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李靖馬上被秦王李世民延入幕府，在討伐王世充過程中表現不錯，以軍功授開府。當時南方多事，蕭銑坐大，唐高祖就派李靖率軍前去征伐。
也怪李靖出道運氣差，在硤州被蕭銑軍隊阻擋，遲留許多天，李淵聞訊覺得李靖是故意遲留觀變，前仇新怨，加上李淵是小氣之人，就密令硤州都督許紹斬殺李靖。許紹愛惜李靖才能，估計兩人也一起宴座談過兵，為李靖請命，有了這麼一個貴人，李將軍又逃過一死。
正趕上王爺李孝恭討伐開州土蠻冉肇則兵敗，李靖將兵八百奇襲，臨陣斬冉肇則，還俘虜五千多人。
至此，高祖李淵大喜，對旁人講：“朕聞使功不如使過，李靖果展其效。”馬上親降璽書慰問李靖，手敕告訴這位應死了兩回的將軍：“既往不咎，舊事吾久忘之矣。”
在其後攻伐蕭銑的戰鬥中，李靖首出奇兵，擊敗蕭銑大將文士弘，兵圍江陵，迫使蕭銑投降，以軍功獲封為嶺南道撫慰大使。其後，又率軍平滅江南輔公袥，並帶江淮兵一萬人前赴太原前拒突厥。當時諸軍皆敗，惟李靖一軍獨全。唐高祖李淵對李靖大為歎賞，常說：“李靖打蕭銑、輔公袥，手到擒來，數數古代良將如韓信、白起、衛青、霍去病，恐怕都趕不上他。”
太宗李世民繼位後，拜李靖為刑部尚書。貞觀三年，封兵部尚書。
當時，突厥諸部離叛，唐朝方盛，正想報昔日委曲求和之怨，就派李靖為代州道行軍總管，乘間討伐。李靖僅率三千騎兵，自馬邑飛奔至惡陽嶺，使得突厥突利可汗大駭，這位可汗望著忽然出現的三千唐軍，驚惶地說：“唐兵如果不是傾國大軍隨後，李靖斷不敢孤軍而至！”
李靖立營，也不馬上進擊，先和突利可汗打心理戰。突利“一日數驚”，嚇得寢食不安。李靖摸清突利可汗底細後，又暗中離間可汗左右，逼使突利親信大將康蘇密來降。
貞觀四年，李靖進擊定襄，獲隋齊王楊暕的兒子楊正道和陷入突厥多年的煬帝皇后蕭氏。突利可汗大敗，僅以身免。太宗李世民大喜，進封李靖為代國公，並對凱旋而還的李靖誇道：“從前李陵將五千兵入塞北，不免身降匈奴，但尚能因勇武而青史留名。愛卿你以三千輕騎深入虜庭，克復定襄，威振北狄，真是古今未有之奇蹟！”
自高祖武德四年起，突厥頡利可汗就不斷攻伐中國（處羅可汗死，其弟為頡利可汗，突利可汗是處羅可汗之子，頡利可汗之侄），李世民從武德五年起多次與兩可汗交戰，時戰時和，從無大勝。唐太宗新登基不久，頡利可汗自率十多萬騎兵入寇，與突利可汗稱二可汗總兵百萬來戰，害得剛剛坐上帝位還沒熱乎的太宗以天子之尊親自披甲上陣，隔渭水與頡利交語，曉以利害，頡利見所屬各部落酋師見太宗都恭敬羅拜，知道沒有勝算，就做個順水人情請和。而後，就趕上突利可汗被李靖打敗，頡利可汗聞訊後大懼，忙率軍退保鐵山，遣使入朝謝罪。無論是匈奴、柔然、突厥、吐蕃，這些北方少數民族都是這樣，打勝仗則大掠人民財物而去，打敗仗就奉表稱臣裝孫子，喘息定後又回來大肆殺掠。
太宗李世民任李靖為定襄道行軍總管，率軍迎降頡利。你不是說投降嗎，大唐現在派兵來受降。頡利實際上根本不想投降，只是找藉口趁機喘息重整旗鼓。太宗不放心，又派出鴻臚卿唐儉和將軍安修仁帶國書前往慰諭。
李靖對當時突厥內部的情勢知道得一清二楚，對將軍張公瑾說：“我國詔使到頡利處，他肯定一時心安，不再防備逃逸。馬上精選一萬騎兵，備二十天糧食，引兵奇襲，肯定大勝。”張公瑾有些為難，“皇上已答應他投降，又有使臣在頡利處，好象不該此時進擊啊。”李靖不以為然，斷然道：“此兵機也，時不可失，正是韓信破齊的良機。似唐儉之輩，又何足惜！”（唐儉日後也是凌煙閣功臣）
他馬上下令發兵，督師疾進，行至陰山，俘獲突厥邊哨千餘帳，都用繩子拴上隨軍。這一廂，頡利可汗見唐帝使者來，大悅，根本沒想到李靖一軍突然殺來，直到唐兵距帳十五里，突厥人才發覺，頡利可汗嚇得自己跨乘上千裡良馬一溜煙跑得沒影，部眾大潰，李靖軍斬萬餘級，俘虜男女十餘萬，並殺掉