李世绩说道:“陛下，臣的恩师慧通大师一生只教过两位徒弟：我和单道真，此次出征高句丽，陛下如许他阵前效力，他日必能成为朝庭可用之才。”

高宗李治说道:“司空大人，你即这么说，就让单道真一起出征高句丽。后天就是吉日，朕封你为辽东道行军大总管，总揽出征高句丽一切军务。”

李世绩说道:“陛下，臣领旨谢恩。”

总章元年（668年）九月李世绩率领大军攻下平壤城后，又命领各军再接再厉，迅速向四周城池发动进攻，很快就平定了高句丽全境。

总章元年（668年）十二月，大唐王朝将高句丽五部、176城、69万户划分为九个都督府，是为新城州、辽城州、哥勿州、卫乐州、舍利州、居素州、越喜州、去旦州、建安州等九个都督府。下设42州，100个县。又置安东都护府于平壤以统辖之，以右威卫大将军薛仁贵检校安东都护。总兵2万镇守平壤。

总章二年（669年）十二月李世绩得病逝世，唐高宗李治“为之举哀，辍朝七日”一般宰相都是辍朝三日，唐高宗李治为李世绩辍朝七日，应是十分隆重的礼节了。另外赠李世绩官太尉、扬州大都督。李世绩墓碑上的碑文是唐高宗李治亲自撰写的。

出殡下葬那天，唐高宗李治亲自来到未央古城，登在城楼上目送，

皇太子、文武百官也随同送别，唐高宗李治望着灵车远去，耳边响起父皇太宗李世民对他说的话：

“汝于李世绩无恩，我今将他责出之。我死后，汝当授以仆射，即荷汝恩，必致其死力。”

唐高宗李治想到：“必致其死力”这五个字，忍不住，眼泪滚落下来：他日外寇来犯，朕依靠何人？”