宮時，調任李世績為太子詹事，追加特進的待遇，仍擔任知政事。太宗又曾設宴，宴席上，太宗回頭對李世績說：“我想託付年幼的太子，考慮下來沒有再比你合適的人選。你過去能不忘李密，如今怎麼會做對不起我的事情！”李世績擦著眼淚回話，把自己的手指咬出血來。不一會李世績喝得大醉，太宗把御服蓋在他身上。他就是這樣地被委任信用。李世績每次行軍作戰，用兵籌劃，臨敵應變，都能做得很確當。從貞觀以來，李世績奉令付伐突厥頡利可汗和薛延陀、高句麗等，都把他們打得大敗而逃。太宗曾說：“李靖、李世績二人，古代的名將韓信、白起、衛青、霍去病豈能比得上啊！”

高宗對他更是恩寵，高宗舉行泰山封禪大典，任他為封禪大使，途經他的故鄉時，皇后武氏親自去看望他寡居的姐姐，賜給衣物，還封為東平郡君。

李世績不慎墜馬傷足，高宗親自。慰問，並把御乘賜予他。永徽四年，高宗又命人為他畫像，還親自為他寫序。高句麗平後，高宗祭祀宗廟，“以李世績為亞獻”。

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公元669年，李世績病逝，“上聞之悲泣，葬日，幸未央宮，登樓望車慟哭。起冢象陰山、鐵山、烏德鞬山，以旌其破突厥、薛延陀之功。”並令在光順門為他舉哀，七天不上朝。

甚至在他死後近百年，也就是上元元年，唐肅宗還把他與李靖一起，譽為歷史上十大名將之一，配享武成王廟。認為他和李靖所立下的功績，只有漢朝的衛青和霍去病才能與其相媲美。

李世績自17歲參軍，到76歲去世，在半個多世紀戎馬生涯中，他南征北戰，東伐西討，一生經歷大小戰役無數，所在之處，都立下了赫赫戰功，表現出傑出的軍事家才幹。

早在瓦崗寨時，他從李密征戰，就為瓦崗軍立下了汗馬功勞，歸唐後，又屢從太宗征討，平王世充，滅竇建德，伐劉黑闥，為大唐王朝的建立，立下了不朽功勳；後來在攻滅東。突厥，平定薛延陀等重大軍事戰役中，都做出了重大貢獻，為大唐王朝的穩定、強大，立下了汗馬功勞。為此，唐太宗曾多次稱讚他，認為他“用師籌算，臨敵應變，動合事機”。

史稱：“勣為將，有謀善斷；與人議事，從善如流。戰勝則歸功於下，所得金帛，悉散之將士，故人思致死，所向克捷。臨事選將，必訾相其狀貌豐厚者遣之。或問其故，勣曰：‘薄命之人，不足與成功名。’”

李世績的成功，還得益於他傑出的政治才能。在翟讓起義之初，“離狐徐世勣家於衛南，年十七，有勇略，說讓曰：‘東郡於公與勣皆為鄉里，人多相識，不宜侵掠。滎陽、梁郡，汴水所經，剽行舟，掠商旅，足以自資。’讓然之，引眾人入二郡界，掠公私船，資用豐給，附者益眾，聚徒至萬餘人。”為後來的瓦崗義軍發展壯大奠定了基礎。

李密上瓦崗寨以後，李世績見李密才識皆過翟讓，又與王伯當等人勸翟讓讓位於李密。617年夏，“河南、山東大水，餓殍滿野，煬帝詔開黎陽倉賑之，吏不時給，死者日數萬人。徐世勣言於李密曰：‘天下大亂，本為饑饉。今更得黎陽倉，大事濟矣。’密遣世勣帥麾下五千人自原武濟河，會元寶藏、郝孝德、李文相及洹水賊帥張升、清河賊帥趙君德共襲破黎陽倉，據之，開倉恣民就食，浹旬間，得勝兵二十餘萬。武安、永安、義陽、弋陽、齊郡相繼降密。竇建德、朱粲之徒亦遣使附密。”為瓦崗寨的發展壯大起到了至關重要作用。

歸唐後，他鎮守幷州凡十六年，令行禁止，四夷賓服，號為稱職。太宗深有感觸地說：“隋煬帝勞百姓，築長城以備突厥，卒無所益。朕唯置李世績於晉陽而邊塵不驚，其為長城，豈不壯哉！”

作為一代傑出的政治家、軍事家，李世績一個重要特點，就是知人善用