滅百濟後，唐朝大軍振旅而還，留下郎將劉仁願率數千唐兵留守百濟城，並派左衛郎將王文度爲熊津都督。赴任半途，王文度病死，詔以劉仁軌代之。
百濟王扶余義慈的堂弟扶余福信本來已經降服唐軍，待他看到唐軍主力回國，萌生賊心，並與一個叫道琛的和尚聯手，在周留城聚百濟舊民造反。不久百濟“西部皆應”，紛紛據城造反，支持扶余豐。衆軍相聚，反而把唐軍劉仁願的留守軍團團包圍於百濟城。
唐廷下詔，任劉仁軌檢校帶方刺史，統王文度舊部與新羅軍合勢救援劉仁願。唐、新聯軍一路廝殺戰鬥，直殺百濟城。和尚道琛在熊津江邊建兩座巨大的兵壘，劉仁軌率衆猛攻，百濟軍不敵，退保任孝城。
公元661年(高宗龍朔元年)，唐將蘇定方又攻打高句麗，遇大雪酷寒，唐軍不得不班師。但是劉仁軌上表，表示要繼續堅守在百濟，高宗深覺劉仁軌言之有理，便讓唐軍繼續留在百濟城堅守。
劉仁軌先出奇兵，首發制人，率軍先端掉扶余福信派人修建的真峴城(今韓國鎮岑縣)，雖然此城“臨江高陸”，唐軍連夜奇襲，一舉攻破，“遂通新羅運糧之路”。而百濟內部發生火併。百濟王子扶余豐越來越不能忍受堂叔扶余福信的跋扈，扶余福信被殺。於是，劉仁師、劉仁願以及新羅王金法敏率陸軍，劉仁軌以及先前降附的百濟王子扶余隆率水軍，從熊津江出發，水陸並進，直趨白江口，準備合軍直搗固周堅城。
公元663年(高宗龍朔三年)八月，劉仁軌水軍率先行至白江口。很快，倭國水軍四百餘艘也綿延駛至。寬闊水面上，唐、倭兩路水軍對峙。
劉仁願回長安後，高宗向他詢問情況，這位大將不專功，說明戰役主要指揮者以及表章主擬人均是劉仁軌。高宗“深歎賞之，因超加(劉)仁軌六階，正授帶方州刺史，並賜京城宅一區。”劉仁軌絲毫不敢懈怠。他安撫百濟餘衆，屯田厲兵，積糧撫士，準備下一步進滅高麗的戰爭。同時，他連上表奏，極言百濟之地不可輕棄，“伏惟陛下既得百濟，欲取高麗，須外內同心，上下齊備，舉無遺策，始可成功……”高宗深納其言。
百濟亡國，下一個肯定輪到高麗，公元668年(高宗總章元年)，唐朝大將李勣爲師，在泉男生帶路指引下，一舉踏平高麗，終於完成了隋煬帝、唐太宗未竟之業，收一百七十六城、六十九萬戶。唐朝置安東都護府，留大將薛仁貴等二萬多唐兵於平壤，高麗終成唐朝治地。由於高麗王高藏一直是個傀儡，唐廷赦而不誅，還把他封爲司平太常伯，只把負隅頑抗的泉男建流放黔州蠻荒之地。
