然后裴行俭令突厥降兵为向导，领唐军直捣突厥大本营。
阿史那温傅领军留守大本营，听说泥熟匐全军覆没 ，吓得魂飞胆丧、骑上马飞也似地逃进了狼山。
裴行俭得胜回朝以后，到了开耀六年，阿史那温傅又收拢逃散突厥兵，整备兵器铠甲，迎立颉利侄子阿史那伏念为可汗，再次进犯原州、庆州。
永隆二年(680年)裴行俭再次奉命统率各路军队前往平叛。
唐军先驻扎在陉口，派遣间谍展开离间活动。
派人劝说阿史那伏念，使他跟阿史德温傅相互猜疑。
经过反复策反动员，阿史那伏念害怕了。秘密送来投降书。
阿史那伏念当面对裴行俭说：
“裴将军，我真心愿意归降。”
裴行俭说：
“欢迎你投降。请你把阿史那温傅捆绑了送来，我就相信你。”
这事商量好了，裴行俭保守秘密，他的属下都不知道。
他只是把阿史那伏念愿意投降的事写了奏章，用密封奏章的方式告诉了李治。
几天之后，哨兵们惊恐地向裴行俭报告：
“裴将军！突厥大军突然杀过来了！
北面尘土冲天，黄尘滚滚向南而来，必有千军万马。
我军如何应对？”
装行俭说：
“这是阿史那伏念率领他的军队押着阿史那温傅前来投降。应该没有别的情况。
不过接受突厥大军投降，得防备诈降风险。”
裴行俭令唐军严阵以待，做好了开战厮杀准备。同时派出一名使者，前去迎接，打探虚实。
使者回报裴行俭：
“将军！现已问明，突厥大军是前来归降唐军。”
突厥军队投降后，反叛的突厥残余被消除。高宗李治十分高兴，派户部尚书崔知悌慰劳部队。
裴行俭入朝廷献俘，当面请求李治：
“陛下，突厥首领伏念犹豫不决时，我已答应他愿意投降就不杀他。请求皇上赦免伏念死罪。”
李治说：
“念他主动降顺，避免了我军同他兵众厮杀互有死伤，朕准允免他死罪。”
侍中裴炎嫉妒裴行俭不战而胜的功劳,对李治说：
“伏念是被程务挺、张虔勖威胁追赶，又遭到沙漠北回纥的逼迫，没有办法才投降的。
他不是真心投降，不如斩首以决后患。”
高宗李治被他煽惑，他也被突厥部落的屡次反叛吓怕了，竟下令将阿史那伏念和阿史那温傅，一起斩首。
李治因裴炎这样说，认为这次清除突厥反叛是程务挺的功劳，裴行俭的功劳不记载，只封裴行俭为闻喜公。
裴行俭退朝后叹息一声说：
“西晋的王浑妒忌王浚平定吴国的功劳，从古到今人们都认为这种嫉妒心很可耻。
只怕朝廷杀掉归降的人，外人从此望风生畏，再也没有人归降了！”
于是借口生病不再露面。
高宗李治因为突厥告平，又因太子妃生了个男孩，给他起名重照。两喜交集，又改年号为“永淳”。
过了一个月，682年四月，十姓突厥的车薄叛乱，李治又任命裴行俭为行军大总管，让他领兵再出征。
还未出发，裴行俭于四月二十八日在长安延寿里家中得病去世，终年六十四岁。
高宗李治追赠他为幽州都督，谥号“献”。
李治又令皇太子挑选一名六品京官帮助管理他的家事，直到裴行俭子孙长大成人，能够自立为止。
十月，裴行俭葬于他的故乡闻喜县东良原。
裴行俭是山西闻喜人，少年学书法，草书隶书尤其有名。
他长大了学习排兵布阵，精通阴阳历术。每战往往事先知道胜负，并且善于观察人。
当时华阴人王勃、杨炯，范阳人卢照邻，义乌人骆宾王全因诗词文才出众，名扬天下。
李敬玄特别器重这些文人墨客，领他们和裴行俭相互认识。
裴行俭悄悄对李敬玄说：
“读书人应当有器量见识涵养，然后才是文才。
王勃虽然有才华，有些轻浮外露，怎么能安享富贵官禄？
我担心他不一定善终。杨炯较为沉稳，能够让他命长，应该不会有灾祸。”
李敬玄听了不信。
后来王勃渡海，受了惊吓，掉水里淹死了。
卢照邻得了缠身的怪病，折磨得不想活了，跳进颖水河淹死了。
骆宾王当了徐敬业的府僚，到徐敬业败死，骆宾王也失踪了。
只有杨炯任盈川县令，安然老死。他们都被裴行俭说中了。
裴行俭善于识人，他提拔栽培的副将，都成为大唐名将。
攻破阿史那都支时，缴获一个珍贵的玛瑙盘，有两尺宽，看上去荧光闪亮。
裴行俭吩咐拿出来给将士们看，军中小吏捧着玛瑙盘上台阶，不小心绊倒，把玛瑙盘打碎了。
那军吏个吓得面如土色，心胆破裂一般，一边放声哭一边不停地给裴行俭磕头。
裴行俭笑着说：
“你又不是故意跌碎，何必如此恐慌呢？我不会责怪你的。”
每次打了胜仗回朝，裴行俭得到的赏赐全部分给部下。
将士们敬佩裴行俭，裴行俭病死的噩耗传到军营，将士们很哀伤，军营里哭声此起彼伏。