僅僅過了一年，658年，李治派遣程咬金率軍討伐高句麗，薛仁貴作為副將隨軍出征。而薛仁貴也不負眾望，在端城擊潰高句麗軍隊，斬首3000余人。
次年，薛仁貴與高麗大將溫沙門戰于橫山。這一戰，薛仁貴又展現出了高超的技術水平。兩軍對戰之時，薛仁貴手持弓箭一馬當先，沖入敵陣，所到之處敵人無不倒地。
之后，薛仁貴又在石城與高句麗軍隊大戰。這時敵軍中也出現了擅長射箭的將領，接連射殺了十幾個唐軍。
薛仁貴見狀，怒發沖冠，火氣一下子就涌上心頭，當場提著長戟就突入敵軍陣營，一舉挑翻了先前的敵將。薛仁貴就此揚名于軍中。
沒過幾個月，契丹人又發動叛亂。薛仁貴又在黑山大破契丹軍，俘獲契丹首領阿史那賀魯等將領，唐高宗李治收到捷報后十分欣喜，當即就提拔薛仁貴為左武衛將軍，另外封他為河東縣男。
經過之前的磨練，薛仁貴也逐漸成長起來。
龍朔元年（661年），九姓鐵勒發動叛亂。唐高宗李治任命右屯衛大將軍鄭仁泰為主帥，薛仁貴為副將，討伐叛軍。事實上，這次出征是薛仁貴軍事生涯最具傳奇的一戰，也是他暴露出性格缺陷的一戰。
鄭仁泰與薛仁貴抵達天山后，與九姓鐵勒部落的10余萬大軍形成對峙。兩軍交戰時，九姓鐵勒部落兵多將廣，派出十幾個驍勇善戰的敵將前來挑戰。
只見薛仁貴提起大弓，瞄準為首的敵將，一箭射出，那人應聲倒地身亡。還沒等對方反應過來，薛仁貴接著又射出第二箭、第三箭，又有兩名鐵勒勇士中箭墜馬身亡。
剩下的敵軍見狀，頓時嚇得面色鐵青，當即下馬請求投降。
薛仁貴趁機率軍掩殺過去，敵軍被突如其來的進攻打得潰不成軍，不久便大敗而逃。緊接著，薛仁貴又率軍越過西北追擊鐵勒敗兵，一舉擒獲鐵勒翼虎首領兄弟三人。
事后，薛仁貴的威名不僅震懾了敵軍，還在唐軍當中廣為傳頌。軍中傳說“將軍三箭定天山，壯士長歌入漢關”，這件事被后世傳唱為“薛仁貴三箭定天山”的故事。
然而，此戰既是薛仁貴的高光時刻，也暴露了他性格中的缺陷。
首先，薛仁貴擊敗鐵勒軍隊后，將投降的敵軍全部坑殺。這不是戰國時代，而是過了1000多年的大唐。坑殺降卒這種事不僅破壞了大唐對外的形象，還違背了禮儀道德。
此外，薛仁貴還把部下抓來的鐵勒族女人當小妾。更嚴重的是，他還收受了很多賄賂。作為大唐的軍隊將領，擅自坑殺降卒、軍紀敗壞、收受賄賂，這是很嚴重的罪行。
如果此時被有關監察部門知道后直接上報給李治彈劾薛仁貴，好在大唐是法治年代，薛仁貴此前有功，才沒有追究他。但從這些事情可以看出，薛仁貴也并非完美無缺。
幾年后，高句麗出現巨變，薛仁貴又被調往高句麗戰場。這次薛仁貴依然不是主帥，因為主帥是一個比他更強的人物——李勣。
李勣不愧是一代名將，他一出馬就接連攻占高句麗16座城市。但就在進攻第17座城池時出了問題。由于李勣率大軍攻城，軍事重鎮新城只留下龐同善、高侃兩員將領和不多的軍隊守衛。
這是唐軍新設的大本營，一旦被高句麗端掉，唐軍將陷入進退兩難之境，有極高的風險被敵軍包圍。于是，唐軍立即派出薛仁貴馳援新城。
薛仁貴馬不停蹄，趕到新城后當即投入戰斗。一番廝殺后，敵軍被斬殺數百人，連忙撤軍，新城得救。之后，薛仁貴又與高侃前后夾擊高句麗軍隊，在金山大敗敵軍，此戰唐軍一舉斬殺5萬余敵軍。
幾個月后，薛仁貴進兵至高句麗重鎮扶余城。當時他手下只有2000兵馬，他的部下勸他不要冒險進攻扶余城。但薛仁貴當即回應道：“兵在精而不在多。”</p>