阿史德氏和温博奉职两部叛乱，高宗李治命萧嗣业、苑大智、李景嘉统兵出征。
萧嗣业领兵在沙漠边上安营扎寨。他以前打了不少胜仗，傲骄轻敌。
这天阴天，下午凄凄沥沥下起了冷雨，寒冷的北风刮着，气温继续降低，下雨变成了漫天雪花纷纷扬扬。
往营寨外望去，阴沉的天空下面，不见一个人影。兵士们拥挤地躲在帐篷里不愿意出来活动。
营门紧闭，萧嗣业晚上放心大胆地摆设酒宴，丝毫不加防备。
他和将领们猜拳行令，频频举杯吃酒。
他没有料到突厥军队在这样的天气里，全体出动，前来偷袭唐军兵营。
忽然听到营帐外一片喊杀声，原来突厥兵已突袭杀进营内。
萧嗣业觉得暗黑的夜晚情况不明，组织抵抗已经来不及了。
他把酒杯一扔，窜出营帐，骑上拴在帐棚外的战马，自顾自命先自安逃走了。
唐军兵众没了首领组织抵抗，军营大乱。逃跑的的、被杀死的不计其数。
苑大智、李景嘉没有像萧嗣业那样不顾兵士顾自逃走，他俩呐喊着组织属下兵士抵抗，领着兵士断后，一边打一边走，得以骑马奔回都护府。
李治接到唐军战败报告，下诏严厉追责。把萧嗣业撤职流放桂州，免去苑大智、李景嘉官职。
李治急令裴行俭为行军大总管,与丰州都督程务挺、幽州都督李文暕，总兵力三十多万，杀奔北方。
到了朔州，裴行俭对部将说：
“抚慰兵士贵在真诚，战胜敌人得使用诈谋。前时萧嗣业有勇无谋，所以导致失败，我们怎么可以重蹈覆辙呢？”
裴行俭命令兵士做了三百辆假的运兵粮马车。
每辆车上安排壮士五人各持短刀一支，弓箭一把蜷伏在车上。
再在车上蒙上麻布，扮作一满车粮草。
马车边上安排瘦弱衰老的兵士护卫着，慢慢地往前走。
另外挑选精锐兵士六千名，埋伏在地势险要的路旁，接应假粮车内兵士作战。
突厥侦察骑兵，站到高处遥望，见有粮草车到来，飞报突厥头领。
突厥头目领兵跑马前来，展开粮车攻夺。
唐军老弱兵士丢弃粮车，一哄而散地逃走，任突厥骑兵抢走了粮车。
突厥敌兵得到五百辆粮车大喜，赶着这些马车到有草有水的地方，解下马鞍放马饮马，打算从马车中取粮。
没想到唐军壮士从马车的“粮草垛子”里，突然呐喊着一齐杀出。
唐军壮士一阵乱砍乱刺，杀死众多突厥骑兵。一时没被杀死的突厥兵，惊慌地逃走。
突厥骑兵在逃走的路上，又被埋伏在路旁的唐军伏兵截住，几乎把他们杀光了。
从那以后，唐军粮草车在路上往来行走，突厥兵不敢靠近。
唐军到达单于府北，傍晚扎营，已挖好御敌战壕。
裴行俭看了一眼天空，忙令兵士搬到地势高的山冈上。
各位将领对裴行俭说：
“士兵刚刚安顿下来休息，不能再挪地方了。”
裴行俭说：
“到了明天，你们就能明白咋回事了。快快挪移营帐吧。”
将士们不敢违令怠慢，强忍着疲劳挪移了营寨。
天色黑下来，这天晚上雷鸣闪电，瓢泼大雨突然到来。
一道闪电划破夜空，天地之间一片水光闪亮，就像山崩地裂一般，无边大水倾泻下来。
天刚放亮，兵士们睡醒走出营帐，往昨天打算扎营的那片平地一看，那里已是一片汪洋，用细长竹竿一测量，水深一丈。
将士们对裴行俭的预先判断都惊服，将领们纷纷入帐问：
“将军如何神算如此？”
裴行俭笑着说：
“从今后只管服从我的命令，不必问我是怎么知道的。”
诸将默不做声退出。
等到雨过天晴，裴行俭急令行军。
到了黑山（今内蒙大青山），阿史那泥熟匐和温傅奉职两人，领着突厥骑兵来战。
裴行俭令唐军坚守营寨不动。任突厥骑兵前来突击营寨，唐军只准守，不准攻。
待敌人士气已挫败，裴行俭才传出一道军令：
“全军出战！奋勇杀敌！”
命陈务挺率军为左翼，李文暕为右翼，裴行俭自领中军，打开营门冲锋。
三股唐军包抄敌兵，好似一张天罗地网迅速罩起，把突厥军队罩住。
激烈战斗中，温傅奉职中了箭，被唐军抓住。阿史那泥熟匐还想逃脱，裴行俭大喊：
“战场上所有人都听着！
活捉泥熟匐，赏一万金！
杀死泥熟匐，赏一千金！
无论我军及敌军，凡活捉杀死他的一律给赏！”
突厥兵士奋力苦战，他们为杀不出包围圈，正在着急绝望，突然听到这样的军令，便掉转刀戈，立即把自己的首领阿史那泥熟匐一刀插死，提着他的首级，到唐军将帅面前请求投降。
裴行俭言而有信，守着众将士发给来献泥熟匐首级的几位敌兵一千金。
然后裴行俭令突厥降兵为向导，领唐军直捣突厥大本营。
阿史那温傅领军留守大本营，听说泥熟匐全军覆没 ，吓得魂飞胆丧、骑上马飞也似地逃进了狼山。
裴行俭得胜回朝以后，到了开耀六年，阿史那温傅又收拢逃散突厥兵，整备兵器铠甲，迎立颉利侄子阿史那伏念为可汗，再次进犯原州、庆州。
永隆二年(680年)裴行俭再次奉命统率各路军队前往平叛。
唐军先驻扎在陉口，派遣间谍展开离间活动。
派人劝说阿史那伏念，使他跟阿史德温傅相互猜疑。
经过反复策反动员，阿史那伏念害怕了。秘密送来投降书。
阿史那伏念当面对裴行俭说：
“裴将军，我真心愿意归降。”
裴行俭说：
“欢迎你投降。请你把阿史那温傅捆绑了送来，我就相信你。”
这事商量好了，裴行俭保守秘密，他的属下都不知道。
他只是把阿史那伏念愿意投降的事写了奏章，用密封奏章的方式告诉了李治。
几天之后，哨兵们惊恐地向裴行俭报告：
“裴将军！突厥大军突然杀过来了！
北面尘土冲天，黄尘滚滚向南而来，必有千军万马。
我军如何应对？”
装行俭说：
“这是阿史那伏念率领他的军队押着阿史那温傅前来投降。应该没有别的情况。
不过接受突厥大军投降，得防备诈降风险。”
裴行俭令唐军严阵以待，做好了开战厮杀准备。同时派出一名使者，前去迎接，打探虚实。
使者回报裴行俭：
“将军！现已问明，突厥大军是前来归降唐军。”
突厥军队投降后，反叛的突厥残余被消除。高宗李治十分高兴，派户部尚书崔知悌慰劳部队。
裴行俭入朝廷献俘，当面请求李治：
“陛下，突厥首领伏念犹豫不决时，我已答应他愿意投降就不杀他。请求皇上赦免伏念死罪。”
李治说：
“念他主动降顺，避免了我军同他兵众厮杀互有死伤，朕准允免他死罪。”
侍中裴炎嫉妒裴行俭不战而胜的功劳,对李治说：
“伏念是被程务挺、张虔勖威胁追赶，又遭到沙漠北回纥的逼迫，没有办法才投降的。
他不是真心投降，不如斩首以决后患。”
高宗李治被他煽惑，他也被突厥部落的屡次反叛吓怕了，竟下令将阿史那伏念和阿史那温傅，一起斩首。
李治因裴炎这样说，认为这次清除突厥反叛是程务挺的功劳，裴行俭的功劳不记载，只封裴行俭为闻喜公。
裴行俭退朝后叹息一声说：
“西晋的王浑妒忌王浚平定吴国的功劳，从古到今人们都认为这种嫉妒心很可耻。
只怕朝廷杀掉归降的人，外人从此望风生畏，再也没有人归降了！”
于是借口生病不再露面。
高宗李治因为突厥告平，又因太子妃生了个男孩，给他起名重照。两喜交集，又改年号为“永淳”。
过了一个月，682年四月，十姓突厥的车薄叛乱，李治又任命裴行俭为行军大总管，让他领兵再出征。
还未出发，裴行俭于四月二十八日在长安延寿里家中得病去世，终年六十四岁。
高宗李治追赠他为幽州都督，谥号“献”。
李治又令皇太子挑选一名六品京官帮助管理他的家事，直到裴行俭子孙长大成人，能够自立为止。
十月，裴行俭葬于他的故乡闻喜县东良原。
裴行俭是山西闻喜人，少年学书法，草书隶书尤其有名。
他长大了学习排兵布阵，精通阴阳历术。每战往往事先知道胜负，并且善于观察人。
当时华阴人王勃、杨炯，范阳人卢照邻，义乌人骆宾王全因诗词文才出众，名扬天下。
李敬玄特别器重这些文人墨客，领他们和裴行俭相互认识。
裴行俭悄悄对李敬玄说：
“读书人应当有器量见识涵养，然后才是文才。
王勃虽然有才华，有些轻浮外露，怎么能安享富贵官禄？
我担心他不一定善终。杨炯较为沉稳，能够让他命长，应该不会有灾祸。”
李敬玄听了不信。
后来王勃渡海，受了惊吓，掉水里淹死了。
卢照邻得了缠身的怪病，折磨得不想活了，跳进颖水河淹死了。
骆宾王当了徐敬业的府僚，到徐敬业败死，骆宾王也失踪了。
只有杨炯任盈川县令，安然老死。他们都被裴行俭说中了。
裴行俭善于识人，他提拔栽培的副将，都成为大唐名将。
攻破阿史那都支时，缴获一个珍贵的玛瑙盘，有两尺宽，看上去荧光闪亮。
裴行俭吩咐拿出来给将士们看，军中小吏捧着玛瑙盘上台阶，不小心绊倒，把玛瑙盘打碎了。
那军吏个吓得面如土色，心胆破裂一般，一边放声哭一边不停地给裴行俭磕头。
裴行俭笑着说：
“你又不是故意跌碎，何必如此恐慌呢？我不会责怪你的。”
每次打了胜仗回朝，裴行俭得到的赏赐全部分给部下。
将士们敬佩裴行俭，裴行俭病死的噩耗传到军营，将士们很哀伤，军营里哭声此起彼伏。