上也颇有建树。他历任兵部尚书、司空等职，始终保持着低调谨慎的态度。唐太宗曾多次对大臣说：“李积为人正直，做事谨慎，从不结党营私，是我可以托付大事的人。”
贞观十七年（643年），唐太宗为了纪念跟随自己打天下的功臣，命人在凌烟阁绘制了二十四位功臣的画像，李积位列其中。当时，唐太宗已经年迈，开始考虑皇位继承的问题。他担心太子李治年幼，难以驾驭朝中大臣，便特意将李积贬为叠州都督。临行前，唐太宗对李治说：“李积是个忠臣，但你对他没有恩惠，我现在将他贬官，若他立刻启程，等我死后，你再将他召回，任命为宰相，他必会对你感恩戴德，尽心辅佐你；若他犹豫不前，你便将他处死。”
李积接到贬官的诏书后，没有丝毫犹豫，当天便收拾行装，前往叠州赴任。唐太宗得知后，欣慰地说：“李积果然是个识大体的人，我可以放心了。”唐高宗李治继位后，按照唐太宗的遗愿，将李积召回长安，任命为尚书左仆射，封为司空。
此时的李积，已年近六十，但他仍未停下为大唐效力的脚步。当时，高句丽仍割据朝鲜半岛，多次拒绝唐朝的招安，甚至联合百济进攻新罗。唐高宗决定征讨高句丽，却因朝中大臣意见不一，迟迟未能下定决心。李积得知后，主动向唐高宗请缨：“高句丽自隋朝以来，便反复无常，若不将其平定，必为后患。臣虽年迈，但仍愿率军出征，为大唐扫清这一障碍。”
唐高宗见李积主动请缨，十分感动，任命他为辽东道行军大总管，率领六万大军，东征高句丽。此时的李积，已年过七十，但他仍亲自率军出征，每日行军百里，从不叫苦。在军中，他与士兵同甘共苦——士兵的饭没做好，他绝不先吃；士兵受伤，他亲自为其包扎；士兵生病，他派人送去药品。因此，唐军士兵都愿意为他效死，士气极为高涨。
李积率军抵达高句丽后，先派人侦查高句丽的城池分布与兵力部署。他发现，高句丽的重镇新城（今辽宁抚顺）地势险要，兵力雄厚，是阻挡唐军南下的关键。于是，他决定先攻新城。但新城守军坚守不出，唐军久攻不下。李积便想出一计：他派人在新城周围修筑营垒，假装要长期围困，暗中却率领精锐骑兵，绕道新城后方，突袭高句丽的粮道。
高句丽新城守将见粮道被断，果然恐慌不已，连忙派人向平壤求援。李积早已料到高句丽会派兵救援，便在援兵的必经之路设下埋伏，一举击溃了高句丽的援军。新城守军见援兵被歼，粮草耗尽，只得开城投降。
攻克新城后，李积率领唐军继续南下，先后攻克了辽东、白岩等十余座城池，直逼高句丽的都城平壤。此时，高句丽的国王高藏见唐军势不可挡，只得派人向唐朝投降。但李积深知高句丽反复无常，若不彻底将其平定，日后必再生叛乱。于是，他对部下说：“高句丽今日投降，明日可能再反，不如趁此时机，攻克平壤，彻底终结高句丽。”
随后，李积率领唐军对平壤发起猛攻。平壤守军虽顽强抵抗，但在唐军的猛烈攻势下，最终还是溃败。总章元年（668年）九月，李积率军攻克平壤，俘虏了高句丽国王高藏及文武大臣，高句丽汗国从此灭亡。
消息传回长安，唐高宗亲自到城门迎接李积，对他说：“您年过七十，仍能率军平定高句丽，为大唐开拓疆土，此功足以光耀千古！”随后，唐高宗封李积为太子太师，赏赐他良田千顷、奴婢三百人。
总章二年（669年），李积因病在长安去世，享年七十六岁。唐高宗得知后，悲痛不已，下令停朝七日，追赠李积为太尉、扬州大都督，陪葬昭陵。在安葬李积时，唐高宗亲自到城外送葬，望着李积的灵柩，忍不住落泪道：“从此，大唐再无这样的名将了。”
李积的一生，历经隋末乱世、唐初统一、贞观盛世、高宗拓土四个阶段，他