除講學授課之外，孔穎達還受太宗詔令，聯合魏徵、顏師古等文壇重臣一同修訂《隋書》，梳理前朝興亡得失。修史過程中，他負責梳理隋朝文教、禮制相關篇目，憑藉深厚經學功底，考證隋朝儒學興衰、禮樂制度沿革，史料考據嚴謹客觀，不摻雜個人主觀褒貶，成書之後，眾人皆稱讚其史筆公允，有良史之風。同時他參與修訂大唐五禮，校正吉、兇、軍、賓、嘉各類禮儀規範，統一全國禮制標準，修訂完成後，朝廷進封他為子爵，賞賜豐厚宅邸田產。
貞觀十二年，朝廷人事調整，孔穎達正式拜國子祭酒，成為國子監最高長官，等同於全國最高學府校長，掌管大唐所有官學、博士、生徒，統籌天下儒生教學標準。此時他已是六十五歲高齡，鬚髮花白，依舊每日準時前往國子監，登壇講經，面對數千國子生，聲音洪亮，義理剖析通透，每逢國子監舉辦釋奠祭祀孔子大典，都由他主講核心經書，接受百官、學子問詢辯駁。
貞觀十四年，太宗親臨國子監參加釋奠大禮，祭祀先聖先賢，典禮之上命諸位儒官輪番講經，群臣、國子監生徒當場提問詰難，考驗諸位經師功底。一眾博士、學士輪番開講，面對眾人追問，多有應答侷促之時。輪到孔穎達主講《孝經》，開篇立論高遠，分段闡釋條理分明，臺下百官、儒生接連丟擲各類疑難，層層詰難，他對所有問題從容應對，引經據典，無一處疏漏，辯駁邏輯牢不可破，滿堂之人無不歎服。
典禮結束，唐太宗專門下親筆詔書褒獎孔穎達，讚詞極盡推崇：洪鐘待叩，扣無不應；幽谷發響，聲無不答。文思如泉水奔湧，辭藻似蘭草芬芳；當今再出關西孔子，隋末伏生重現人間。將他與西漢經學泰斗伏生並列，稱其為當世聖人，這份讚譽，整個初唐儒林，僅此一人可得。
身居國子祭酒高位，手握天下文教大權，孔穎達從未滋生驕奢之心。朝堂之上，有人勸他培植門生，拉攏朝中儒生形成派系，穩固自身地位，被他直接拒絕。他認定治學、教化貴在公正，若利用職權結黨，便玷汙儒學純粹；各地學子慕名登門拜訪求教，無論出身貧寒還是官宦子弟，他都一視同仁，耐心答疑，寒門生徒前來求學，時常無償贈送手抄經卷，從不索取財物。
自魏晉南北朝分裂四百餘年，儒學長久處於分裂混亂狀態，最大弊病分為兩點：其一，經書流傳數百年，多次戰火焚燬、民間輾轉抄寫，文字錯漏、字句歧義數不勝數，同一篇經文，南北版本文字差異巨大，儒生研讀極易混淆；其二，經學分化南北兩大學派，北學繁瑣考據字句，南學簡約闡釋義理，鄭玄、王弼、杜預、服虔等各家註解各成體系，互相駁斥，沒有統一標準。
大唐一統天下，推行科舉取士，全國各地學子依據不同版本、不同註解備考，考官評判沒有統一依據，教學、考試亂象叢生，極不利於中央思想統一與教化推行。唐太宗登基之後，早已看清這一核心難題，先令顏師古考定五經文字，整理出官方標準《五經定本》，解決經文文字錯亂問題；文字校正完成後，急需一套統一、權威、整合各家長處的官方義疏，規範所有儒生對五經的解讀，這項千古重任，最終交到孔穎達手中。
貞觀十二年，太宗正式下詔，以國子祭酒孔穎達為總負責人，牽頭組織全國頂尖儒官，編撰五經統一義疏，參與修書學者多達五十餘人，包含顏師古、司馬才章、王恭、王琰等各領域經學名士，規模堪稱前無古人的國家級文化工程。
接手這項浩大工程，孔穎達深知其中難度遠超尋常著書。五部經典合計卷帙浩繁，每一部都要梳理漢、魏、兩晉、南北朝數百位學者的註解，區分優劣，整合南北學說，還要堅守“疏不破注”核心準則：尊重前代公認權威古注，疏解文字、闡發義理之時，不隨意推翻原有註解，只補充闡釋、糾正後世衍生謬誤，平衡南北經學分歧，不能偏袒任何一派。
工程啟動之初，團隊內部便產生巨大分歧。北方儒生堅持以鄭玄北學為主，批判南學空洞虛無；江南來的學者推崇王弼、杜預南學註解，認為北學考據冗餘繁雜，兩派學者各持己見，爭論不休，修書進度一度停滯。孔穎達作為總領，從中調和，定下編撰核心思路：不偏南、不倚北，取兩派精華，剔除兩派弊病。字句訓詁借鑑北學嚴謹考據，義理闡釋吸收南學通透思辨，凡是前代名家合理觀點全部收納，門戶偏見、偏激論述盡數刪去，形成相容幷蓄的完整體系。
整部編撰流程條理清晰，分工明確，孔穎達統籌全域性，審定每一卷文稿，逐字逐句校對，但凡文稿出現偏袒學派、考據疏漏、釋義模糊之處，一律打回重新修訂，絕不敷衍放行。每日處理堆積如山的書稿，白日處理國子監公務，夜晚伏案審定文稿，常常伏案至深夜，年過六旬依舊日夜操勞，身邊弟子多次勸說保重身體，他只說此書關乎後世千年儒生治學，一絲一毫都不能馬虎。
五部經書分工各有側重：
《周易正義》十四卷，採用王弼、韓康伯流傳最廣的注本，融合南北象數、義理兩派解讀，梳理魏晉玄學易學與傳統儒學的融合邊界；
《尚書正義》二十卷，依託梅賾孔安國傳本，考證古今文字差異，辨析偽書疑點，校正歷代解讀偏差；
《毛詩正義》四十卷，以毛亨傳、鄭玄箋為根基，整合齊魯韓三家詩說，釐清草木名物、國風禮制；
《禮記正義》七十卷，五部之中篇幅最長，鄭玄注為核心，梳理三禮繁雜禮制，調和南北對禮儀制度的不同解讀；
《春秋左傳正義》三十六卷，取用杜預集解，梳理春秋史事，平衡服虔、杜預兩家長期分歧。
整套典籍合計一百八十卷，內容覆蓋五經全部經文、古注、官方疏解，從前代數百種零散義疏中篩選整合，剔除重複、偏激內容，統一解讀邏輯，徹底終結四百年來經學門派紛爭的亂象。
編撰過程耗時整整兩年初稿成型，最初團隊擬定書名為《五經義贊》，呈遞唐太宗御覽。太宗通讀部分篇目，大為滿意，認為此書確立千年經學正統，為天下儒生樹立公正、標準的治學標杆，親筆賜名《五經正義》，下旨頒佈天下官學，作為官方唯一標準教材，科舉考試所有經義題目，解讀標準全部以此書為準。
初稿完成後，孔穎達並未放鬆，深知內容體量龐大，多人分工撰寫難免存在疏漏，主動請求組織學者二次覆審，逐條核查釋義矛盾、考據錯誤。貞觀十七年，七十歲的孔穎達精力衰退，常年伏案落下肩頸、眼疾，身體難以支撐繁重政務與修書工作，多次上表請求辭官致仕，太宗愛惜他的才學，數次下詔挽留，再三請求之下，才准許他卸除國子祭酒實職，以散騎常侍、上護軍身份保留俸祿，居家休養，卻依舊命他牽頭負責《五經正義》後續覆審修訂工作。
即便居家休養，孔穎達依舊每日核對修訂書稿，持續完善內容，直至貞觀二十一年，全書覆審工作全部收尾，所有謬誤校正完畢，完整定稿封存。可惜定稿完成次年，孔穎達便與世長辭，沒能親眼見到此書大規模刊刻、通行天下。高宗永徽四年，長孫無忌奉旨帶領群臣再次全面刊定《五經正義》，正式向全國頒佈，從此成為唐、宋、元、明、清近一千三百年科舉考試的法定標準教材，天下讀書人想要入朝為官，必須熟讀孔穎達主持編撰的這套典籍，影響力貫穿整個古代封建社會。
後世史學家評價，孔穎達編撰《五經正義》，相當於完成了中國經學史上第二次大一統工程：西漢鄭玄整合今古文經學，而孔穎達整合分裂四百年的南北經學，兩部著作前後呼應，共同搭建起傳統儒學完整體系。若無這套統一典籍，唐代科舉、文化統一都無從談起，華夏經學恐怕會持續分裂，難以形成完整傳承脈絡。
卸任國子祭酒、居家休養之後，孔穎達並未徹底遠離朝堂，太宗依舊時常召他入宮，探討經書、商議禮制，遇有重大典禮、經義爭議，必登門徵詢他的意見。彼時太子李承乾行事愈發荒唐，親近奸佞，大修宮室，沉迷聲色遊樂，荒廢學業，甚至暗中培植私黨，君臣、父子隔閡日漸加深。
孔穎達雖不再專職東宮授課，心中依舊放不下儲君教化重任，但凡聽聞李承乾違背禮法之事，便尋機會當面規勸，言辭懇切尖銳，完全不顧及觸怒太子的風險。李承乾身邊近侍全都不敢直言過錯，唯有這位白髮蒼蒼的老儒，次次不留情面指出儲君過失。
一次東宮修建奢華亭臺，耗費大量國庫錢財，李承乾整日在亭中宴飲遊樂，不問政事。孔穎達得知後，直接入宮覲見太子，引用《禮記》中君主節用愛民的禮制，規勸儲君削減奢靡用度，體恤百姓徭役賦稅，身為國之儲貳，應當修身簡樸，效仿先帝勤儉治國。李承乾心中不悅，嘴上敷衍應承，轉頭依舊我行我素。
東宮乳母勸說孔穎達：“太子如今已是儲君，身邊之人都順著他的心意，先生何苦屢次衝撞，惹太子記恨，對自身並無益處。”孔穎達正色回答：“我受朝廷重託教導太子，看見過失不勸諫，便是辜負陛下託付，一身榮辱事小，江山社稷教化事大，即便太子怨恨，我也不能閉口不言。”此後勸諫更加頻繁，可惜李承乾早已聽不進忠言，最終走上謀逆之路，貞觀十七年，李承乾謀反事洩，被廢黜太子之位。
太子謀反大案震動朝野，大量東宮僚屬牽連獲罪，不少曾經教導太子的官員遭到貶謫、懲處。朝中有人藉機彈劾孔穎達，稱他身為多年東宮右庶子，未能規勸太子走上正途，應當一同治罪。唐太宗卻心中清楚真相，當眾為孔穎達辯解：“孔穎達每見太子過錯，必直言極諫，前後數十次上疏規勸，忠直之心朝野皆知。李承乾一意孤行，並非儒師未盡教導之責，不可牽連加罪。”非但沒有懲處，反而額外賞賜絲絹百匹，嘉獎他直言敢諫的品格。
同年，唐太宗下詔繪製功臣畫像於凌煙閣，二十四位開國功勳名留青史，皆為沙場名將、開國謀臣。太宗特意下旨，額外增補孔穎達畫像懸掛凌煙閣，成為少數無赫赫戰功、純粹依靠文治成就躋身凌煙閣的文臣。畫像旁御書讚詞，稱頌他貫通古今經義、文辭出眾，以儒學輔佐貞觀盛世，與開國元勳共享萬世榮光，這份殊榮，初唐儒生之中僅此一人。
。絕不代代脈文氏孔讚稱，談為傳人時，務職教文關相監子國掌執繼相代三孫祖，史刺州黃任出言昚孔，中郎部禮任言立孔子孫；業司監子國至來後，學家襲承元惠孔子長。直正修、書經曉通求只，祿厚高求不代後育教，學家氏孔承傳他。學治孫子導教，稿手籍經的勘校生一理整是便好一唯裡日平，產田宅豪置不，寶珍蓄不中家，祿利名功淡看達穎孔，年暮步
。任信王帝負辜肯不，答作緻細條逐，榻病撐強會都他，教請門登人派問疑制禮書經有宗太要只，纏痛病便即。況狀居起問詢，問門登侍遣派定必，日節大重逢每，糧米、材藥賜賞次多，治診門上醫遣派常時宗太，會朝與參再極，緩遲漸日行，磨折痛病咳、疾眼飽年常達穎孔，後之年八十觀貞
。生一整完的立儒以、闊壯瀾波完走，基學經年千定奠》義正經五《部一以，臣文閣煙凌、酒祭監子國到再，士學府秦到士世從，首魁經論到神州冀從，朝三唐、隋、齊北橫生一。世離詳安中家在達穎孔的歲五十七，年八十四百六元西，年二十二觀貞
。榮哀後高最的到得夠能人文代古是，榮殊此獲儒文介一，此於葬皆臣名國開等金咬程、德敬遲尉、徵魏、齡玄房、忌無孫長，臣功級頂廷朝是皆，者陵昭葬陪能，墓陵屬專宗太唐——陵昭葬陪達穎孔許准，典恩殊特達下時同。格品為、學治生一他括概準，直守正中、能多文博表代”憲“，中之法諡，”憲“號諡予賜，卿常太達穎孔贈追，悼哀之為武文朝滿，日一朝輟旨下即當，已不痛悲，訊死聞聽宗太唐
。德恩的下天化教、學經一統他念，哭痛生儒路沿，葬送往前發自徒生千數監子國、百武文中京，葬喪量大賜賞，禮葬持主員遣派廷朝，日之葬下
。師經世萬的學經北南統一位這念紀，拜祭往前生儒有年常，繕修次多府代歷世後，土故水衡於落坐墓達穎孔
。究研化文統傳代當養滋舊依，果學治的達穎孔，獻文始原心核的開不繞是舊依》義正經五《，學經唐漢究研系學哲、系史歷、系文中校高，日今至時。今至傳流，籍典心核家儒為，錄收整完》義正經五《將接直，》疏注經三十《撰編世後；祀祭期定府方地代歷，廟祠立建里故水衡。拜祭人書讀接同一儒名代歷與，位牌其配廟文、廟孔地各，達穎孔崇尊皆朝王代歷，後之觀貞自
