平定突厥之后,太宗继续经营西域,先后多次用兵。公元634年(贞观八年),吐谷浑寇边,太宗派李靖、侯君集、王道宗等出击,次年吐谷浑伏允可汗逃入沙漠,后为国人所杀,太宗另立吐谷浑国王。公元639年(贞观十三年),太宗以高昌王麴文泰西域朝贡,遂命侯君集、薛万彻等率兵伐高昌。次年,麴文泰病死,其子麴智盛继位,投降唐朝。太宗于是在高昌首府交河城置安西都护府,西域各国皆到长安朝贡。
公元645年(贞观十九年)二月,唐太宗以高句丽摄政弑主虐民为由,亲率六军,从洛阳北进,率兵攻打高句丽。但东渡辽水以后,由于遭到高句丽的顽强抵抗,唐军在安巿城(今辽宁海城南营城子)久攻不克,加之气候转冷,草枯水冻,粮草不继,兵马难以久留,只得下诏班师。在这之后,唐太宗对高句丽的进攻仅维持在一些小规模的突袭。