栅，再破高丽兵，追击二百余里，攻下了辱夷城，进而包围了平壤城(今朝鲜平壤)。高丽王高藏派王子泉男产率九十八人打着白旗投降(参见唐灭高丽之战)。李绩又活捉了泉男建，于是“高丽悉平”。李绩胜利归来，在到达京师近郊时，高宗先命把高藏献于昭陵，以告慰九泉之下的唐太宗；然后具备盛大的军容仪式，高奏凯歌，进入京城。为了嘉奖李绩的赫然战功，加封太子太师，增实封通前一千一百户。
总章二年(669)十一月，李绩患病，且病情逐渐加剧。高宗及太子屡赐良药，又召回其在外地的子弟侍臣。子弟请医治病，李绩不许进门，说：“我山东一田夫耳，攀附明主，滥居富贵，位极三台，年将八十，岂非命乎？修短必是有期，宁容浪就医人求活！”
李绩见房玄龄、杜如晦辛苦创家立业，但后来被不肖子孙倾家荡产，深感痛心，他自以为病体难愈，遂把子孙们召来，当面向其弟李弼嘱托后事说：“我见房、杜平生勤苦，仅能立门户，遭不肖子荡覆无余。吾有此子孙，今悉付汝。葬毕，汝即迁入我堂，抚养孤幼，谨察视之。其有志气不伦，交游非类者，皆先挝杀，然后以闻。”
十二月三日，李绩病卒，享年七十六。高宗悲痛地流着眼泪说：“绩奉上忠，事亲孝，历三朝未尝有过，性廉慎，不立产业。今亡，当无赢资。有司其厚赗恤之。”令在光顺门为他举哀，七天不上朝。并赠官太尉、扬州大都督，谥贞武，陪葬昭陵。在安葬那一天，高宗于未央古城楼哭着送丧，还诏令百官送丧至故城西北。所造坟墓按照汉代卫青、霍去病故事，形似阴山、铁山及乌德鞬山，以旌表他破突厥、薛延陀之功。这座形似三山的坟墓至今仍矗立在陕西礼泉县九嵕山之下，成为其功绩的历史见证。
李绩在其戎马生涯中，能谋善断，有杰出的军事才干。他每次行军作战，“用师筹算，临敌应变，动合事机”。因而在攻灭东突厥，平定薛延陀，征服高丽等重大军事战役中，都取得了重大胜利，唐太宗曾极口称赞他“古之韩(信)白(起)、卫(青)霍(去病)岂能及也”。上元元年(76o)，唐肃宗把他与李靖一起，誉为历史上十大名将之一，配享武成王(姜太公)庙。
李绩在政治上也很有建树。在隋末天下“同苦隋政”之时，他踊跃投身于农民起义的洪流中，为发展、壮大瓦岗军作出了一定的贡献，为推翻隋皇朝的残暴统治发挥了作用。在唐皇朝平定天下、维护国家的统一中也建有功勋。尤其在维护边境的安定与和平上更是战功赫然。唐太宗曾高度评价他说：“参经纶而方面，南定维扬，北清大漠，威振殊俗，勋书册府。”