随后，李积对辽东城展开围攻，整整十二日，战况激烈。

就在这时，李世民率精兵抵达辽东前线，他与李积会师后，亲自指挥作战，最终成功地将辽东城攻陷。此役，唐军大获全胜，共杀敌一万余人，又俘获高丽军一万多人、百姓四万口。

六月，李积又率领大军转攻白岩城（今辽宁省岫岩）。他巧妙运用战术，对白岩城形成重重包围，给守城军民造成了巨大的心理压力，最终迫使城主归降。

之后，李积又参与围攻安市城（今辽宁海城东南营城子）。唐军君臣经过深思熟虑，定下妙计。

李世民决定以自己为饵，将高句丽援军诱至安市城东南。与此同时，他依山为阵，严阵以待。李积则早已提前率一万五千名步、骑兵在西岭布下精妙阵型。长孙无忌则率领骑兵一万一千人，从山北穿越峡谷，准备冲击高句丽军阵后方。李世民亲率四千步、骑兵作为预备队，偃旗息鼓，悄然登上南山坐阵指挥，一切安排可谓滴水不漏。

高丽北部耨萨（都督）高延寿不识破绽，中计在唐军的几面夹击之下，陷入绝境，大败而逃，高丽军被斩首两万余级。

此战之后，高句丽举国震惊，后黄城、银城等地军民皆被吓得弃城而逃，致使数百里内断绝人烟，一片荒芜。

唐军又回师继续猛攻安市城，然而守军凭借坚固的城墙顽强固守。李积经过深思熟虑，认为“围师必缺”之理，于是献计，建议李世民只攻西南二门，同时放出东北二门通道，放任守军从东门与北门逃跑。

他认为如此一来，守军在惊慌失措之下，必然阵脚大乱，更易被唐军歼灭。

然而，李道宗却持有不同看法，他认为敌人数百里内皆已无路可逃，犹如瓮中之鳖，守敌根本不可能逃跑。于是，他奏请李世民破城后进行屠城，企图以此来恐吓城中守敌，迫使他们早日投降。

岂料，安市百姓闻知李道宗奏请克城后坑杀全城男女老幼，皆肝胆俱裂，为了保护自己的家园，他们反而不顾自身安危，全力支援守城士卒。这使得唐军久攻不下，战局陷入了僵持。

最终，因辽东气候转寒，草枯水冻，军队及战马皆难以在如此恶劣的环境下继续久留，而且粮草也即将耗尽，李世民不得已，不得不下达了班师的命令。李积与李道宗则率领步、骑军四万作为殿后，为大军的安全撤离保驾护航。

唐军回师后，朝廷为了表彰将士们的赫赫战功，录功又封了李积的一个儿子为郡公。

唐太宗亲自东征高丽，尽管未能完全达到灭掉高丽的目的，但也沉重地打击了高丽的嚣张气焰，使其在之后很长一段时间内，再也不敢轻易有异动，边境得以暂时安宁。

回师转来，一年后（贞观二十年），唐朝趁薛延陀内乱之机，果断出兵，一举灭了薛延陀，使得渊盖苏文完全被镇慑住了。从此，唐北疆安宁了。这在前面已有表述。

贞观二十二年（648 年），李积转任太常卿，仍任同中书门下三品。十日后，又拜为太子詹事。

贞观二十三年（649 年），李世民卧病在床，生命垂危。临终前，他对着太子李治，语重心长地说道：“你对李积没有什么恩惠，朕现在准备贬他为外官。朕死后，你应当授给他仆射之职，他就蒙受了你的恩惠，必定为你尽死力。”

说完，他又授与李治一个锦囊，并叮嘱他回去看后照着里面纸条上写的做。据传，他在锦囊中留给李治的话是：如果李积外出赴任，就要好好地任用他。如果他执意要留下来，则务必当机立断杀掉他。然后，李世民又派人去召来李积，要他出任叠州都督。李积当即表示服从唐太宗的安排，并且毫不犹豫地回去后，就立即出京到叠州赴任去了，表现出对皇帝旨意的绝对遵从。

李治即位当月，就迅速召他入朝，拜为洛州刺史。接着又加封开府仪同三司，命李积任同中书门下，参与执掌机要事务。同年，又册封拜他为尚书左仆射。

李积在叠州听闻太宗驾崩，太子即位的消息后，心中顿时明白了一切：新皇即位在即，作为太子詹事兼左卫率的他，却被唐太宗给外放了，自己这显然是明显地受到唐太宗的猜忌了。

为了消除皇帝的疑虑，他连忙上表请求免除自己仆射的职务，以表明自己不敢揽朝中大权。李治还是命他以开府仪同三司之职执掌政事，可见对李积还是有信任的。

永徽四年（653 年），李积被册拜为司空。李治命令人为他画像，还亲自为画像作序，以彰显李积的赫赫战功与崇高威望。李治又下诏，特许李积乘小马出入三省，每日由一名小官奉命迎送，足见对李积的尊崇与优待。