在唐军消灭百济之后，高句丽在与唐朝的对持中落到了明显的下风，他们不但要面对唐军从正面的威胁，还要应对唐与新罗联军从侧翼的袭击。并且唐军在攻灭百济之后就可以从侧后方绕过现在的山海关至锦州一代的高句丽筑垒区域而直接攻击高句丽的腹心。但如果高句丽放弃这一区域全面回防，唐军也可以从陆地上长驱直入，对高句丽实施夹击。并且如果放弃这一屏障的话，战火就会迅速烧到高句丽本土，而按照唐朝此前对高句丽执行的疲敝战术来看，如果战争形势发展到这一步，对于高句丽来说无疑是毁灭性的打击。
如果咬牙坚持的话，仍然可以依托原有的筑垒区域抵挡唐军从山海关一线的攻击，在高句丽面向朝鲜半岛方向多山的地形也可以很好的阻挡联军的推进，但这一切都有一个致命的漏洞，那就是高句丽毕竟兵少，这种战术需要高句丽倾尽全力把所有部队部署到一线，对于突发情况的应对能力几乎为零。如果唐军再从海上发起一次登陆作战的话，高句丽是绝对抽调不出足够的部队来补救的。其实应对这种局面最好的解决办法是组建一支海军，沿岸巡游，主动寻求与唐朝水师的海上决战，御敌于国门之外。但很遗憾，彼时的高句丽无论是造船技术还是水战理论都与唐朝差了一大截不说，在征募了大量部队驻扎边境应对唐军可能的攻击之后，也实在抽不出人力去打造水师了。水师又是一个需要长时间的训练才能具备战斗力的技术兵种，如果从现有的部队中抽调人手去训练水师的话，恐怕不等高句丽的水师成军唐军就已经打到平壤城下了。这就是所谓的以力压人，任你有孙子吴起之才，但手里没兵，一样是巧妇难为无米之炊。更何况在唐朝与高句丽的作战中，唐朝的军事战略人才反而要比高句丽多得多，兵多将广的唐朝对付兵少将寡的高句丽，又占有战略优势，唐高宗觉得自己可以A过去了。
如果没有新的部队来源，高句丽死定了。本来除了百济之外，高句丽还有一个军事盟友“靺鞨”，这个国家在高句丽连续击退中原王朝的攻击时是坚决和高句丽站在一边的，这次百济被唐军雷霆一击直接灭国后，靺鞨也怂了，以前觉得隔着茫茫大山唐军不能把自己怎么样，那自然是放心跟着高句丽给唐朝上眼药，百济认为隔着茫茫大海唐军也不能把自己怎么着么，依然跟着高句丽到处打家劫舍么，这唐军一认真，百济一下子就完了，连送医院抢救的机会都没给。既然唐军能够从海的那边飞过来灭了百济，那天知道他们能不能从山的那边飞过来灭了自己？况且唐皇被隔壁那群放羊的尊为“天可汗”，天可汗的兵要是真能从天而降也不奇怪吧？这个风险太大了，靺鞨国小力弱惹不起，惹不起，溜了溜了。
当然，这种以利益联合起来的军事联盟，一旦其发起方无法再提供维持联盟的利益之后，本身凝聚力就会急剧下降，又要面临强敌威胁，大家各自散伙也是应有之义。
在靺鞨放弃了与高句丽的联盟之后，高句丽的军事状态愈加的恶化，原本还能勉强维持的陆地防线眼瞅着也要崩溃了。
在高句丽的陆上防线松动之后唐军于公元660十二月，派契苾何力、苏定方、刘伯英、程名振率军分道进攻高句丽。公元661年，唐朝募河南北、淮南六十七州的兵力共四万四千人，前往平壤、镂方行营。以鸿胪卿萧嗣业为夫馀道行军总管，率领回纥等诸部兵前往平壤。 当初，苏定方打平百济，留下郎将刘仁愿守百济府城，并留左卫中郎将王文度为熊津都督。但王文度渡海时去世。百济僧道琛、旧将福信聚集人众据守周留城，从倭国迎来原先的王子丰立之为百济王，宣布百济复国并率军在府城包围刘仁愿。唐高宗下诏任命刘仁轨检校带方州刺史，统帅王文度的军队，顺便征发新罗兵，以援助刘仁愿。
刘仁轨御军严整，部队战斗力极强，真正做到了“每所攻击无不破者”。百济在熊津江口立两栅，刘仁轨率军与新罗兵一起攻击百济的营寨并大破之，杀死、溺死百济军队一万多人。另一方面，熊津都督刘仁愿、带方州刺史刘仁轨在熊津之东大破百济。刘仁愿、刘仁轨先是攻占百济的支罗城及尹城、大山、沙井等栅，并分兵据守；百济增加军队防守险要的真岘城，但仍然没什么卵用，被唐军一并攻破。这一连串的战斗下来，百济复国的努力基本算是失败了。但这却让另一股势力介入了半岛局势。那就是倭国。
由于倭国那特殊的地理位置，这个位于极东之地的国家对唐朝的强大并没有什么直观的印象，这让百济和高句丽的使者轻易的鼓动了倭国出兵。前面说过，解决唐军两路合攻的最好办法就是遣一支水师在海上机动巡游，寻找唐军水师决战，而倭国由于是一个岛国，对自己的水师力量还是比较有自信的，这也是倭国敢于和唐军对抗的底气所在。只要你在海上打不过我，陆军再强又如何？还不是只有喂鱼的份。本来朝鲜半岛的局势根本没有倭国什么事儿，但架不住百济残余势力跑去求援呐，这正中倭国下怀。很快倭国就选派全国的精锐军队以救援百济为借口出兵朝鲜，公元633年，刘仁轨率领部队到达白江口，在白江口地区与日军遭遇并展开了激烈的海战。战斗的开局和一千多年后的甲午海战如出一辙，都是日本突袭中国，但两次战斗的结果却大相径庭。
这次战役倭国军队约4.2万人，拥有战船1000多艘，而唐军只有1.3万人，战船数量仅有170多艘。唐军水师虽然人员少且战船数量少，但是战船技术水平高且高大坚固，倭国水师想采用多艘战船围攻一艘大船的办法捕杀唐军战船，但是唐军箭雨之下，缺乏防护的倭国士兵往往被射得透心凉。唐军抓住战机两翼包抄，将日军死死围困在中间，此时倭国水师的兵力优势根本无法发挥，唐军却充分发挥出船高又坚固的特点，一举歼灭倭国水师主力部队。在此次战役中，唐军水师充分发挥了自身的组织和技术优势，将兵力、船舰皆数倍于己的倭国水军打得大败，堪称一次以少胜多的经典水战。
此次战役是中日两国作为国家实体进行的第一次交战，此战之后倭国清晰的认识到了自己和中原强国的实力差距并开始发挥其“事大”的民族特性不断地派遣遣唐使学习中原先进技术，再也不提和唐朝对抗的事情。汉文化也借此机会传向了这太阳升起的极东之地。
倭国水师被一战而定，高句丽再也没有了可以借助的力量。公元666年，高句丽泉盖苏文死，长子泉男生继任莫离支，指派他弟弟泉男建、泉男产留下治理国家政事。泉男建趁机取得国家，自任莫离支，发兵讨伐泉男生。泉男生逃跑，驻守另外的城邑，让他儿子泉献诚到唐朝求救。高句丽陷入事实上的分裂。六月初七，唐朝任命右骁卫大将军契何力为辽东道安抚大使，领兵救泉男生；任命泉献诚为右武卫将军，担任向导。又任命右金吾卫将军庞同善、营州都督高侃为行军总管，共同讨伐高句丽。 九月，庞同善大破高句丽军，泉男生率领部众与庞同善会合。唐高宗下诏，任命泉男生为特进、辽东大都督，兼平壤道安抚大使，封玄菟郡公。 同年十二月，唐朝任命李勣为辽东道行军大总管，司列少常伯安陆人赦处俊为副大总管，为来年攻击高句丽做准备。庞同善、契何力同为辽东道行军逼大总管并仍兼安抚大使。
公元667年，李勣攻占新城并留契苾何力守城。高句丽十五万军队驻扎在辽水，此外，高句丽还有数万靺鞨兵据守南苏城。契苾何力指挥唐军攻击，击败敌军，斩首一万多级，乘胜攻占七座城。于是率军返回与李勣汇合，一起攻占辱夷、大行两座城。并进占扶余。 李勣攻下高句丽十六座城。泉男建派兵攻击唐军庞同善、高侃在新城的军营，被唐军薛仁贵击破。高侃进军到金山与高句丽交战 ，但不能速胜却薛仁贵率唐军横击，大败亏输，损失了五万多人。唐军乘胜攻占南苏、木底、苍岩三城，与泉男生军会合。
公元668年二月，薛仁贵率三千人大破高句丽军，歼灭其一万多人，攻占扶余城，扶余川中四十余城都望风归降。 泉男建再次派兵五万救扶余城，在薛贺水与李勣军遭遇，唐军大破高句丽军，斩获三万多人，乘胜攻占大行城。各路唐军会师，推进至鸭绿栅。高句丽发兵拒战，唐军奋勇出击，大破高句丽军，追奔两百余里，攻占辰夷城。高句丽其他各城守军或者逃跑，或者投降。唐军进至平壤城下，包围平壤一个多月，九月，高句丽王高藏派泉男产率首领持白幡投降于唐军。泉男建仍然闭门拒守，并多次派兵出战，都被唐军击败。高句丽已经山穷水尽了。不愿意为高句丽殉葬的僧人信诚秘密派人联络唐军，自己作为内应，五天后，信诚打开城门，唐军攻占平壤，生擒高藏、泉男建等人，平定了高句丽各地。 就这样，高句丽在唐的连续打击下最终灭亡。
消灭高句丽后，唐朝一方面把大量高句丽人迁到江、淮之南，另一方面在高句丽设置九都督府、四十二州、一百个县，设置安东都护府，统治高句丽各地。选拔酋帅有功的人为都督、刺史、县令，与汉人官员一起管理当地。任命右威卫大将军薛仁贵为检校安东都护，领兵二万人以镇抚之。
唐朝的军事打击给高句丽统治区域带来了沉重的灾难。战争中，高句丽大量城邑、村庄被占领或毁于战火；高句丽军队死伤累累，精锐损耗殆尽，军队战斗力受到了严重削弱；平民大量死亡或未逃避战火而四处奔散，田园荒芜，社会生产力遭受了严重破坏，严重动摇并逐步瓦解了高句丽政权的基础，高句丽出现了国力凋敝、社会动荡的困难局面，直接伤及高句丽的国基。这也是高句丽最终灭亡的根本原因。