贞观九年（公元635年）正月，吐谷浑入侵边境，唐太宗主张任命李靖为西海道行军大总管，率领任城王李道宗、凉州都督李大亮等四总管征讨吐谷浑。贞观九年，李靖带兵出征，大军驻扎在伏俟城（今属青海省海南藏族自治州共和县），吐谷浑士兵烧毁野草阻挡唐军。李靖大军退守大非川（今青海共和县西南切吉旷原），之后力排众议率军深入吐谷浑境内，越过积石山（今属甘肃省南部）大败吐谷浑的军队，迫使吐谷浑士卒杀掉原可汗投降，李靖辅助吐谷浑册立大宁王慕容顺为新可汗之后班师回朝。 贞观十一年（公元637年），唐太宗李世民改封李靖为世袭卫国公，授予濮州刺史。贞观十七年（公元643年），唐太宗李世民下诏命画工在凌烟阁为李靖等二十四位开国功臣画像。贞观十八年（公元644年），李靖身染重病，唐太宗李世民仍赐给他五百匹绢，进位卫国公、开府仪同三司。贞观二十三年（公元649年），李靖在家中病逝，享年七十八岁。唐太宗李世民赠李靖为司徒、并州都督，给予四十人的班剑、一套羽葆鼓吹，陪葬昭陵，谥曰景武。
