勝、扶余忠志和倭軍殘部投降；百濟諸城全部歸順，百濟再次得以平定，只有遲受信據守任存城不降。

白江口海戰是中國古代戰爭史上一次大規模的海戰，因中國史書記載有限，所以鮮為人知。作戰中，劉仁軌指揮有方，在兵力不如對方的情況下，先採取守勢，而後因勢利導，以己之長攻敵之短，並輻以併火，最後取得了中日戰爭史上第一次大規模作戰的勝利。

陸上倭軍聞此訊，大驚不已，“相謂之曰：‘州柔（即周留）降矣，事無奈何。百濟之名絕於今日，丘墓之所，豈可復往？’”

白江口海戰的勝利，使唐軍很快佔領了百濟全境，形成對高句麗的夾擊態勢。同時也粉碎了日本侵入朝鮮半島的野心。日本天智天皇深恐唐軍進攻本土，自公元664年開始，在國內耗費巨資，修築了4道防線，以備唐軍。

此前，百濟首領沙吒相如、黑齒常之在平壤道行軍總管蘇定方回軍後，招集亡散，各據險響應福信，白江口海戰後，各率所部歸降。

劉仁軌好言安慰他們，然後讓其各自率軍攻打任存城，並準備派唐軍相助。孫仁師認為：“相如等獸心難信，若授以甲仗，是資寇兵也。”

劉仁軌卻不以為然，說：“吾觀相如、常之皆忠勇有謀，感恩之士，從我則成，揹我必滅，因機立效，在於茲日，不須疑也。”

於是發給黑齒常之等糧食和武器，分兵相隨，遂克任存城，遲受信拋棄家屬，投奔高句麗。至此，百濟皆平。

此時，唐高宗召劉仁願、孫仁師回朝，令劉仁軌領兵鎮守百濟。百濟經過多年的戰亂，“合境凋殘，殭屍相屬”。

為此，劉仁軌採取一系列措施，來安定民心，恢復社會秩序，掩埋骸骨，登記戶口，任命官長，治理村落，修路架橋，修補堤堰，恢復陂塘，督促百姓種田養蠶，賑濟百姓，贍養孤老。很快便醫治了戰爭所帶來的創傷，使百姓安居樂業起來。然後劉仁軌又屯田積糧，訓練士卒，做好攻打高句麗的準備。

劉仁願回到京城後，唐高宗問道：“卿在海東，前後奏請，皆合事宜，而雅有文理。卿本武將，何得然也？”

劉仁願據實回答說：“劉仁軌之詞，非臣所及也。”

唐高宗聞後非常高興，給劉仁軌晉升六級官階，正式任命為帶方州刺史，併為他在長安建第，厚賞家屬。

劉仁軌留守百濟，在暫時放下軍事領導權的同時，很快就發揮了自己在政治上的見底，他首先發現唐軍就存在著許多問題，如將士思歸、士氣低落、軍隊的戰鬥力和後勤保障也非常差。經過一段時間細緻的調查，劉仁軌找到了原因，然後於麟德元年十月初六上書唐高宗：

“臣蒙陛下曲垂天獎，棄瑕錄用，授之刺舉，又加連率。材輕職重，憂責更深，常思報效，冀酬萬一，智力淺短，淹滯無成。久在海外，每從徵役，軍旅之事，實有所聞。具狀封奏，伏願詳察。臣看見在兵募，手腳沉重者多，勇健奮發者少，兼有老弱，衣服單寒，唯望西歸，無心展效。臣問：‘往在海西，見百姓人人投募，爭欲徵行，乃有不用官物，請自辦衣糧，投名義徵。何因今日募兵，如此佇弱？’皆報臣雲：‘今日官府，與往日不同，人心又別。貞觀、永徽年中，東西征役，身死王事者，並蒙敕使弔祭，追贈官職，亦有回亡者官爵與其子弟。從顯慶五年以後，徵役身死，更不借問。往前渡遼海者，即得一轉勳官；從顯慶五年以後，頻經渡海，不被記錄。州縣發遣兵募，人身少壯、家有錢財、參逐官府者，東西藏避，並即得脫；無錢參逐者，雖是老弱，推背即來。顯慶五年，破百濟勳，及向平壤苦戰勳，當時軍將號令，並言與高官重賞，百方購募，無種不道。洎到西岸，唯聞枷鎖推禁，奪賜破勳，州縣追呼