李靖一生主要軍事成就是在唐太宗統治時期。在唐高祖時期，他曾於武德四年（621），作為李孝恭的助手參與了平定蕭銑的軍事行動，實際負責統領三軍。通過這場戰爭，充分地展示了李靖傑出的軍事才能。這年八月，長江進入了汛期，江水暴漲，三峽奇險，戰船難以行駛，據守長江天險的蕭銑判斷唐軍不會東下，就派軍隊參加秋糧收割，城池守備鬆懈。準備出征的唐朝將領也認為長江凶險，建議汛期過後再進軍。李靖就對將領們分析說：“我軍集結不久，蕭銑還不了解情況。目前江水泛漲雖然對我軍的進軍不利，但敵軍也會因此而放鬆戒備，我軍就可出其不意，突然兵臨江陵城下，打他個措手不及。兵貴神速，戰機不容錯過。”於是李靖下令大軍開拔，急速進發。九月，唐軍水師乘兩千多艘戰船，順江而下。經過艱苦行軍，唐軍越過長江三峽，一舉襲破蕭銑在長江沿岸苦心經營的重鎮宜都、夷陵和荊門，梁軍大將文土弘慘敗潰逃。李靖率五千精兵乘勝追擊，直抵江陵城下。蕭銑怎麽也沒料到唐軍進軍會如此之快，當得知已大兵壓境時，頓時大驚失色。他急忙調兵遣將，集結兵力倉皇與李靖決戰。結果李靖先後率軍打敗梁軍驍將楊君茂、鄭文秀，俘虜梁軍號稱精銳的四千多人，然後把江陵城圍得水泄不通。蕭銑見大勢已去，隻得獻城投降。李靖統軍進駐江陵後，他號令嚴肅，大軍秋毫無犯。他又善意安撫優待梁軍降將，不久人心依附，其他州縣也紛紛歸服，梁國平定。李靖因功晉封上柱國、永康縣公。
不久李靖奉命為嶺南道安撫大使、桂州總管，招撫依附蕭銑的嶺南的地方殘餘勢力。他到任後，地方實力派首領馮盎、李光度等紛紛獻土納降，嶺南九十六州，六十佘萬戶很快歸降了唐朝。
武德六年，杜伏威舊將輔公柘據丹陽造反。李孝恭、李靖又銜命出征。李積、任瓖、黃君漢、張鎮州等唐軍大將為行軍總管，並受李孝恭、李靖節度。輔公柘命大將馮惠亮率軍三萬屯兵當塗，陳正通統兵兩萬駐青林山，兩軍互相呼應，以抗擊唐軍。唐軍將領都以為：馮、陳兩軍皆重兵固守，攻打很不容易，不如繞道直取丹陽。唯獨李靖主張：“輔公柘身邊都是精兵，驍勇善戰，如果我軍一旦進攻受阻，則麵臨腹背受敵的危險。既然輔公柘把希望都寄托在馮、陳兩軍身上，我們就打破他的夢想，讓他失去希望，就可以一戰破敵，其餘敵人定會聞風而降。”於是李靖就率軍猛攻馮惠亮，以傷亡萬人的代價終於攻破當塗城，然後李靖又率輕兵追擊，直達丹陽。敵軍果然聞風喪膽，紛紛潰敗投降，輔公柘也顧不上迎戰，就狼狽逃匿，不久被捕，這次叛亂也很快平定，江南從此安定。
李靖曆任安州大都督、靈州道行軍總管等職，多次統兵抗擊突厥，唐高祖稱讚道：“比起古代白起、韓信、衛青和霍去病這些名將來，李靖是有過之而無不及啊!”
太宗貞觀年間，李靖曆任代州道行軍總管、定襄道行軍總管，幾次統兵與突厥激戰，並深入大漠，俘獲隋皇子楊正道、煬帝皇後蕭氏、隋義成公主等，大敗頡利可汗，打得突厥幾次請求投降議和。有一次，李靖率軍突襲突厥，唐軍到達突厥牙帳，突厥還不知道，結果突厥被斬首萬餘級，頡利可汗差點被俘，從此突厥聞李靖統兵就嚇得退走了，唐朝占據了陰山以北到大漠的廣大疆域，突厥不敢犯邊。
李靖出將入相，聲名無人能及，為大唐名將之首。他六十四歲時，本來要求退休的，但聽說吐穀渾入侵，朝廷需要他領兵時，他不顧老病，毅然主動請纓出戰。他帶兵出西海道，晝夜兼程，長驅兩幹餘裏，經過大小幾十場惡戰，終於大破吐穀渾，穩定西北邊疆。
貞觀十一年（637），李靖晉封衛國公，不久作為功臣，名列淩煙閣功臣圖，貞觀二十三年去世，太宗下令陪葬於昭陵。