在唐軍消滅百濟之後，高句麗在與唐朝的對持中落到了明顯的下風，他們不但要面對唐軍從正面的威脅，還要應對唐與新羅聯軍從側翼的襲擊。並且唐軍在攻滅百濟之後就可以從側後方繞過現在的山海關至錦州一代的高句麗築壘區域而直接攻擊高句麗的腹心。但如果高句麗放棄這一區域全面回防，唐軍也可以從陸地上長驅直入，對高句麗實施夾擊。並且如果放棄這一屏障的話，戰火就會迅速燒到高句麗本土，而按照唐朝此前對高句麗執行的疲敝戰術來看，如果戰爭形勢發展到這一步，對於高句麗來說無疑是毀滅性的打擊。
如果咬牙堅持的話，仍然可以依託原有的築壘區域抵擋唐軍從山海關一線的攻擊，在高句麗面向朝鮮半島方向多山的地形也可以很好的阻擋聯軍的推進，但這一切都有一個致命的漏洞，那就是高句麗畢竟兵少，這種戰術需要高句麗傾盡全力把所有部隊部署到一線，對於突發情況的應對能力幾乎為零。如果唐軍再從海上發起一次登陸作戰的話，高句麗是絕對抽調不出足夠的部隊來補救的。其實應對這種局面最好的解決辦法是組建一支海軍，沿岸巡遊，主動尋求與唐朝水師的海上決戰，禦敵於國門之外。但很遺憾，彼時的高句麗無論是造船技術還是水戰理論都與唐朝差了一大截不說，在徵募了大量部隊駐紮邊境應對唐軍可能的攻擊之後，也實在抽不出人力去打造水師了。水師又是一個需要長時間的訓練才能具備戰鬥力的技術兵種，如果從現有的部隊中抽調人手去訓練水師的話，恐怕不等高句麗的水師成軍唐軍就已經打到平壤城下了。這就是所謂的以力壓人，任你有孫子吳起之才，但手裡沒兵，一樣是巧婦難為無米之炊。更何況在唐朝與高句麗的作戰中，唐朝的軍事戰略人才反而要比高句麗多得多，兵多將廣的唐朝對付兵少將寡的高句麗，又占有戰略優勢，唐高宗覺得自己可以A過去了。
如果沒有新的部隊來源，高句麗死定了。本來除了百濟之外，高句麗還有一個軍事盟友「靺鞨」，這個國家在高句麗連續擊退中原王朝的攻擊時是堅決和高句麗站在一邊的，這次百濟被唐軍雷霆一擊直接滅國後，靺鞨也慫了，以前覺得隔著茫茫大山唐軍不能把自己怎麼樣，那自然是放心跟著高句麗給唐朝上眼藥，百濟認為隔著茫茫大海唐軍也不能把自己怎麼著麼，依然跟著高句麗到處打家劫舍麼，這唐軍一認真，百濟一下子就完了，連送醫院搶救的機會都沒給。既然唐軍能夠從海的那邊飛過來滅了百濟，那天知道他們能不能從山的那邊飛過來滅了自己？況且唐皇被隔壁那群放羊的尊為「天可汗」，天可汗的兵要是真能從天而降也不奇怪吧？這個風險太大了，靺鞨國小力弱惹不起，惹不起，溜了溜了。
當然，這種以利益聯合起來的軍事聯盟，一旦其發起方無法再提供維持聯盟的利益之後，本身凝聚力就會急劇下降，又要面臨強敵威脅，大家各自散夥也是應有之義。
在靺鞨放棄了與高句麗的聯盟之後，高句麗的軍事狀態愈加的惡化，原本還能勉強維持的陸地防線眼瞅著也要崩潰了。
在高句麗的陸上防線鬆動之後唐軍於公元660十二月，派契苾何力、蘇定方、劉伯英、程名振率軍分道進攻高句麗。公元661年，唐朝募河南北、淮南六十七州的兵力共四萬四千人，前往平壤、鏤方行營。以鴻臚卿蕭嗣業為夫餘道行軍總管，率領回紇等諸部兵前往平壤。 當初，蘇定方打平百濟，留下郎將劉仁願守百濟府城，並留左衛中郎將王文度為熊津都督。但王文度渡海時去世。百濟僧道琛、舊將福信聚集人眾據守周留城，從倭國迎來原先的王子豐立之為百濟王，宣布百濟復國並率軍在府城包圍劉仁願。唐高宗下詔任命劉仁軌檢校帶方州刺史，統帥王文度的軍隊，順便徵發新羅兵，以援助劉仁願。
劉仁軌御軍嚴整，部隊戰鬥力極強，真正做到了「每所攻擊無不破者」。百濟在熊津江口立兩柵，劉仁軌率軍與新羅兵一起攻擊百濟的營寨並大破之，殺死、溺死百濟軍隊一萬多人。另一方面，熊津都督劉仁願、帶方州刺史劉仁軌在熊津之東大破百濟。劉仁願、劉仁軌先是攻占百濟的支羅城及尹城、大山、沙井等柵，並分兵據守；百濟增加軍隊防守險要的真峴城，但仍然沒什麼卵用，被唐軍一併攻破。這一連串的戰鬥下來，百濟復國的努力基本算是失敗了。但這卻讓另一股勢力介入了半島局勢。那就是倭國。
由於倭國那特殊的地理位置，這個位於極東之地的國家對唐朝的強大並沒有什麼直觀的印象，這讓百濟和高句麗的使者輕易的鼓動了倭國出兵。前面說過，解決唐軍兩路合攻的最好辦法就是遣一支水師在海上機動巡遊，尋找唐軍水師決戰，而倭國由於是一個島國，對自己的水師力量還是比較有自信的，這也是倭國敢於和唐軍對抗的底氣所在。只要你在海上打不過我，陸軍再強又如何？還不是只有喂魚的份。本來朝鮮半島的局勢根本沒有倭國什麼事兒，但架不住百濟殘餘勢力跑去求援吶，這正中倭國下懷。很快倭國就選派全國的精銳軍隊以救援百濟為藉口出兵朝鮮，公元633年，劉仁軌率領部隊到達白江口，在白江口地區與日軍遭遇並展開了激烈的海戰。戰鬥的開局和一千多年後的甲午海戰如出一轍，都是日本突襲中國，但兩次戰鬥的結果卻大相逕庭。
這次戰役倭國軍隊約4.2萬人，擁有戰船1000多艘，而唐軍只有1.3萬人，戰船數量僅有170多艘。唐軍水師雖然人員少且戰船數量少，但是戰船技術水平高且高大堅固，倭國水師想採用多艘戰船圍攻一艘大船的辦法捕殺唐軍戰船，但是唐軍箭雨之下，缺乏防護的倭國士兵往往被射得透心涼。唐軍抓住戰機兩翼包抄，將日軍死死圍困在中間，此時倭國水師的兵力優勢根本無法發揮，唐軍卻充分發揮出船高又堅固的特點，一舉殲滅倭國水師主力部隊。在此次戰役中，唐軍水師充分發揮了自身的組織和技術優勢，將兵力、船艦皆數倍於己的倭國水軍打得大敗，堪稱一次以少勝多的經典水戰。
此次戰役是中日兩國作為國家實體進行的第一次交戰，此戰之後倭國清晰的認識到了自己和中原強國的實力差距並開始發揮其「事大」的民族特性不斷地派遣遣唐使學習中原先進技術，再也不提和唐朝對抗的事情。漢文化也藉此機會傳向了這太陽升起的極東之地。
倭國水師被一戰而定，高句麗再也沒有了可以藉助的力量。公元666年，高句麗泉蓋蘇文死，長子泉男生繼任莫離支，指派他弟弟泉男建、泉男產留下治理國家政事。泉男建趁機取得國家，自任莫離支，發兵討伐泉男生。泉男生逃跑，駐守另外的城邑，讓他兒子泉獻誠到唐朝求救。高句麗陷入事實上的分裂。六月初七，唐朝任命右驍衛大將軍契何力為遼東道安撫大使，領兵救泉男生；任命泉獻誠為右武衛將軍，擔任嚮導。又任命右金吾衛將軍龐同善、營州都督高侃為行軍總管，共同討伐高句麗。 九月，龐同善大破高句麗軍，泉男生率領部眾與龐同善會合。唐高宗下詔，任命泉男生為特進、遼東大都督，兼平壤道安撫大使，封玄菟郡公。 同年十二月，唐朝任命李勣為遼東道行軍大總管，司列少常伯安陸人赦處俊為副大總管，為來年攻擊高句麗做準備。龐同善、契何力同為遼東道行軍逼大總管並仍兼安撫大使。
公元667年，李勣攻占新城並留契苾何力守城。高句麗十五萬軍隊駐紮在遼水，此外，高句麗還有數萬靺鞨兵據守南蘇城。契苾何力指揮唐軍攻擊，擊敗敵軍，斬首一萬多級，乘勝攻占七座城。於是率軍返回與李勣匯合，一起攻占辱夷、大行兩座城。並進占扶餘。 李勣攻下高句麗十六座城。泉男建派兵攻擊唐軍龐同善、高侃在新城的軍營，被唐軍薛仁貴擊破。高侃進軍到金山與高句麗交戰 ，但不能速勝卻薛仁貴率唐軍橫擊，大敗虧輸，損失了五萬多人。唐軍乘勝攻占南蘇、木底、蒼岩三城，與泉男生軍會合。
公元668年二月，薛仁貴率三千人大破高句麗軍，殲滅其一萬多人，攻占扶餘城，扶餘川中四十餘城都望風歸降。 泉男建再次派兵五萬救扶餘城，在薛賀水與李勣軍遭遇，唐軍大破高句麗軍，斬獲三萬多人，乘勝攻占大行城。各路唐軍會師，推進至鴨綠柵。高句麗發兵拒戰，唐軍奮勇出擊，大破高句麗軍，追奔兩百餘里，攻占辰夷城。高句麗其他各城守軍或者逃跑，或者投降。唐軍進至平壤城下，包圍平壤一個多月，九月，高句麗王高藏派泉男產率首領持白幡投降於唐軍。泉男建仍然閉門拒守，並多次派兵出戰，都被唐軍擊敗。高句麗已經山窮水盡了。不願意為高句麗殉葬的僧人信誠秘密派人聯絡唐軍，自己作為內應，五天後，信誠打開城門，唐軍攻占平壤，生擒高藏、泉男建等人，平定了高句麗各地。 就這樣，高句麗在唐的連續打擊下最終滅亡。
消滅高句麗後，唐朝一方面把大量高句麗人遷到江、淮之南，另一方面在高句麗設置九都督府、四十二州、一百個縣，設置安東都護府，統治高句麗各地。選拔酋帥有功的人為都督、刺史、縣令，與漢人官員一起管理當地。任命右威衛大將軍薛仁貴為檢校安東都護，領兵二萬人以鎮撫之。
唐朝的軍事打擊給高句麗統治區域帶來了沉重的災難。戰爭中，高句麗大量城邑、村莊被占領或毀於戰火；高句麗軍隊死傷累累，精銳損耗殆盡，軍隊戰鬥力受到了嚴重削弱；平民大量死亡或未逃避戰火而四處奔散，田園荒蕪，社會生產力遭受了嚴重破壞，嚴重動搖並逐步瓦解了高句麗政權的基礎，高句麗出現了國力凋敝、社會動盪的困難局面，直接傷及高句麗的國基。這也是高句麗最終滅亡的根本原因。
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