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九月二十日，皇帝抵达辽东。九月二十一日，渡过辽河，进入辽泽沼泽，泥泞难行，车马不通，命长孙无忌率一万人，剪草填道，水深处以车为沉箱，皇上亲自系树枝于马鞘（马鞍后部垂挂的装饰性的带子）以协助铺路工作。
冬，十月一日，皇上抵达蒲沟，督促填道诸军渡过渤错水，赶上暴风雪，士卒衣服沾湿。很多人失温冻死，皇帝敕令，在道旁燃起火堆，以等待后面的人。
这次东征高丽，攻拔玄菟、横山、盖牟、磨米、辽东、白岩、卑沙、麦谷、银山、后黄十城，迁徙辽州、盖州、岩州三州户口入中国者七万人。新城、建安、驻跸三大战，斩首四万余级，战士死者将近二千人，战马死亡十分之七、八。皇上因为未能成功，深为后悔，叹息说：“魏徵若在，必定不让我有这次行动！”命驿马车飞驰前往，以少牢祭祀魏徵，重新立起之前为魏徵制作的墓碑，召他的妻子儿女到皇帝行在，慰劳赏赐他们。
十月十一日，皇帝抵达营州。下诏，命将辽东战亡士卒骸骨集中到柳城东南，命有司设太牢，皇上自作文以祭奠，临哭尽哀。阵亡将士父母听闻说，曰：“我儿死而天子为他哀哭，死而无恨！”皇上对薛仁贵说：“朕的诸将都老了，就想得到新进骁勇者为将，没有一个能超过你的；朕不喜悦得到辽东，喜悦的是得到你。”
十月二十一日，皇上听闻太子要亲自来迎接，带着骑兵三千人飞驰入临渝关，路上遇到太子。皇上从定州出发时，指着自己所穿的褐色长袍对太子说：“等再见到你，我才换下这件长袍。”在辽东，虽然盛暑流汗，也不换衣服。等到秋天，穿破了，左右请换掉，皇上说：“军士们衣服都破旧了，我一个人穿上新衣，可以吗？”至此，太子进献新衣，皇帝才换上。
诸军所俘虏高丽百姓一万四千人，先集中在幽州，将要赏赐给军士做奴隶，皇上怜悯他们父子夫妇离散，命有司评估价值，全部以钱币和布匹赎为平民，欢呼之声，三日不息。
十一月七日，皇帝车驾抵达幽州，高丽人民到城东迎接，跪拜舞蹈，号呼万岁，在地上起起伏伏，尘埃张天，远远的都能看见。
十一月十六日，经过易州境，司马陈元璹命居民在地下燃起火炕，种植新鲜蔬菜进献；皇上厌恶他的谄媚，将陈元璹免官。（在地下挖火炕，修建温室种植蔬菜，今天中国北方的边防部队仍然用这个办法为战士们解决冬天蔬菜供应。陈元璹做得并不过分，但是皇帝要这么处置，也是他运气不好了。）
十一月二十二日，皇帝车驾抵达定州。
十一月二十三日，吏部尚书杨师道被控所任用的人多不称职，降职为工部尚书。
十一月二十八日，皇帝车驾从定州出发。
十二月七日，皇上生疮化脓，不能骑马，乘轿而行。
十二月十四日，皇帝抵达并州，太子亲自为皇上吮吸疮脓，扶着皇帝的轿子跟着步行数日。
十二月十七日，皇上病愈，百官皆贺。
皇上远征高丽时，派右领军大将军执失思力率突厥兵屯驻夏州之北，以防备薛延陀。薛延陀多弥可汗既立，认为皇上出征未还，引兵入寇黄河以南，皇上派左武候中郎将、长安人田仁会与执失思力合兵迎击。执失思力故意派出老弱残兵，假装败退，引诱薛延陀军深入，到了夏州境内，严阵以待。薛延陀军大败，追奔六百余里，知道沙漠以北，耀武扬威而还。
多弥又发兵入寇夏州，十二月二十五日，皇帝敕令礼部尚书、江夏王李道宗，征发朔州、并州、汾州、箕州、岚州、代州、忻州、蔚州、云州九州兵镇守朔州；右卫大将军、代州都督薛万彻，左骁卫大将军阿史那社尔，征发胜州、夏州、银州、绥州、丹州、延州、鄜州、坊州、石州、隰州十州兵镇守胜州；胜州都督宋君明，左武候将军薛孤吴，征发灵州、原州、宁州、盐州、庆州五州兵镇守灵州；又令执失思力征发灵州、胜州二州突厥兵，与李道宗等相呼应。薛延陀军抵达塞下，知道有防备，不敢前进。
