裴行儉呈上奇策：此前波斯國王去世，其子泥涅師作為質子久居長安，朝廷可下旨，任命我為使者，護送泥涅師返回波斯繼承王位。使團西行必經西突厥兩部領地，我們可借出使名義隱藏行軍意圖，路上隨機應變，無需大規模血戰，便能平定叛亂。
高宗聽完計策，大加讚賞，當即任命裴行儉為安撫大使，護送波斯王子歸國，賦予沿途自主調兵、便宜行事的全權。隨行副手，正是他早年舉薦、熟知西域地形的名將王方翼。
一行人帶著使團儀仗、文書禮品緩緩西行，沿途刻意放緩腳步，對外只宣稱護送王子，絕不流露半點征伐之意，一路暢通無阻抵達西州。西州是裴行儉昔日為官之地，當地漢民、蕃部豪傑聽聞舊長官歸來，上千人自發出城迎接。
裴行儉當眾放出訊息：西域盛夏酷暑難耐，不宜趕路，使團暫且駐紮西州，等到秋日涼爽再繼續西行。訊息很快傳到阿史那都支耳中，叛首徹底放下戒備，認定裴行儉只是普通文臣使者，沒有任何軍事威脅，不再佈置兵力防備唐軍。
穩住叛軍視線後，裴行儉暗中召見安西四鎮所有部落酋長，邀約眾人一同出城打獵，笑著說自己常年身居朝堂，早已懷念西域遊獵之樂，願意跟隨打獵的各族青年盡數隨行。
數千各族子弟聞訊趕來，加上裴行儉暗中調集的安西駐軍，短短幾日，麾下集結上萬精銳騎兵。所有人只以為是一場盛大遊獵，唯有裴行儉與王方翼清楚，這支遊獵隊伍，就是平定西突厥的奇兵。
隊伍佯裝打獵一路向西，晝夜兼程，距離阿史那都支牙帳只剩十餘里時，叛軍依舊毫無察覺。裴行儉先派遣親信前往牙帳問候，言語溫和，完全是使者拜訪的姿態，麻痺對方；緊接著派人催促阿史那都支前來大營相見，聲稱有天子詔書傳達。
阿史那都支猝不及防，倉促之下只能帶著五百餘名親衛前往裴行儉營中拜見，剛踏入營帳，埋伏四周計程車兵一擁而上，當場生擒西突厥可汗都支。
拿下都支之後，裴行儉立刻調取可汗專屬契箭，派遣使者前往各個突厥部落，以可汗名義傳喚所有酋長前來大營聽令，各部首領不知可汗已被俘，陸續抵達，盡數被唐軍扣押，送往碎葉城關押。
此時另一叛將李遮匐距離此地尚有一段路程，裴行儉當即押著都支前往其領地，派人將都支被俘的訊息告知李遮匐，曉以利害：若主動歸降，可保全性命部族；若負隅頑抗，便是下一個都支。李遮匐自知孤立無援，唐軍奇謀難擋，直接放棄抵抗，開營投降。
前後不過月餘時間，兩大叛首盡數落網，西域叛亂不費大規模血戰徹底平定，安西四鎮危機解除，絲綢之路再度暢通。碎葉城當地各族軍民感念裴行儉恩德，自發立碑記錄此次奇功，碑刻記載完整保留至後世。
大軍凱旋返回長安，高宗親自設宴慰勞全軍，破格授予裴行儉雙重官職：禮部尚書兼檢校右衛大將軍，文官最高品級禮部尚書，搭配最高武官大將軍銜，整個初唐，極少有人能同時兼任文武核心高官，足以彰顯這份功績的分量。
平定西突厥之後，軍中繳獲無數西域珍寶，金銀器皿、寶石、瑪瑙堆積如山，高宗一次性賞賜裴行儉三千件珍寶，同等數量駱駝、牛羊馬匹，數目驚人。裴行儉沒有將珍寶私藏家中，一次宴請西域各部首領與軍中將領時，將所有寶物全部展出供眾人觀賞。
席間有一隻直徑兩尺的天然瑪瑙盤，紋理斑斕剔透，世間僅此一件，堪稱無價之寶。一名軍吏捧著瑪瑙盤登階時腳下打滑，盤子重重摔在地上碎裂。軍吏瞬間面無血色，跪倒在地不停磕頭，額頭磕出鮮血，等候治罪。
在場所有人都以為裴行儉必會動怒，誰知他淡然上前扶起軍吏，笑著寬慰：“你並非有意失手，何必惶恐到這般地步？一件器物而已，不值得責罰於人。”全程沒有半分惋惜之色。
沒過多久，高宗賞賜的御馬與鑲嵌寶石的馬鞍，交由一名令史看管，令史私自騎馬出遊，馬匹受驚摔倒，馬鞍徹底損毀，令史畏懼責罰直接逃亡。手下將士將人抓捕帶回，裴行儉依舊沒有追責，勸其安心辦事，器物損壞可以修補，人才流失才是損失。
數千件賞賜珍寶，短短幾日之內，裴行儉全部分贈親戚、族人、部下將士，自己家中一件不留。旁人不解他為何散盡重金，裴行儉只說：“外物不過身外依託，人心才是立身根本，守著珍寶疏遠眾人，得不償失。”這份寬和豁達，讓軍中將士、西域胡人發自內心信服他。
調露元年年末，北方東突厥再起大亂，阿史德溫傅煽動數十萬突厥民眾反叛，北方邊境各州接連陷落，戰報源源不斷送入長安。朝廷再度啟用裴行儉，任命定襄道行軍大總管，統領三十萬大軍北伐，這是初唐規模最大的一次北疆出征。
大軍駐紮單于都護府以北，安營紮寨完畢，壕溝全部修築妥當，將士正要休息，裴行儉突然下令全軍拔營，轉移到高處山崗駐紮。軍中屬官紛紛勸諫，士兵已經安頓完畢，貿然遷徙只會徒增疲憊，裴行儉卻態度堅決，催促所有人立刻轉移。
當天深夜，狂風暴雨席捲荒原，原先紮營的低窪之地積水一丈多深，若大軍未曾遷移，無數士兵、糧草軍械都會被洪水淹沒。全軍上下無不驚駭，徹底信服裴行儉觀測氣象的本事，自此軍中無人再質疑他的軍令。
叛軍分為兩大陣營，偽可汗阿史那伏念與阿史德溫傅相互依存，合兵一處實力強悍，正面強攻傷亡必然慘重。裴行儉再度施展拿手的離間之計，暗中派遣使者接觸阿史那伏念，許諾只要他擒送溫傅投降，朝廷赦免他所有叛亂罪責，保全部族部眾，給予豐厚封賞。
同時故意洩露訊息，讓阿史德溫傅得知伏念私下與唐軍往來，兩大叛首之間生出巨大嫌隙，互相猜忌，聯盟徹底分裂，兵力分散，不復往日威勢。
兩軍對峙數月，伏念權衡利弊，最終生擒溫傅，帶領全部兵馬前來唐軍大營投降，北疆數十萬叛軍不戰而降，北方危機徹底平定，三十萬大軍兵戈不血刃完成平叛大業。
這本該是又一樁蓋世功勳，卻在朝堂掀起一場讓裴行儉心灰意冷的風波。侍中裴炎素來嫉妒裴行儉文武雙全、軍功卓著，私下向高宗進言，聲稱突厥叛首狼子野心，今日投降他日必反，不可縱容，堅持請求將溫傅、伏念二人全部處斬。
高宗最終採納裴炎建議，下令將兩名降人當眾斬首。訊息傳到北疆軍營，裴行儉滿心悲涼：自己當初親口許諾保全伏念性命，如今朝廷背棄約定，邊疆所有胡人部族都會認定大唐言而無信，日後再發生叛亂，絕不會有人願意投降，邊疆安撫工作將難上加難。
事後朝廷論功行賞，平定兩大突厥之亂的裴行儉，僅被加封聞喜縣公，沒有額外賞賜，對比平定西突厥時的破格提拔，待遇落差極大。裴行儉看清朝堂之中功高遭嫉、君主輕易失信的現實，內心失望至極，自此稱病閉門，不再參與朝堂軍政議事，平日裡只在家中練字、整理兵法、教導子女，極少與朝中官員往來。
閉門居家的數年裡，裴行儉的家庭生活也留下諸多史料記載。他一生有兩任妻子，原配陸氏是兵部侍郎陸爽之女，出身名門，早早病逝；繼室庫狄氏，年齡與裴行儉相差二十歲左右，聰慧有才學，擅長文書書寫。
後世史學研究有記載佐證，庫狄氏最初嫁給裴行儉長子裴貞隱，長子早逝後改嫁裴行儉，屬於當時胡化族群常見的收繼婚，中原士族對此頗有微詞，二人晚年感情平淡。裴行儉去世次年，庫狄氏被武則天召入宮中擔任御正，掌管宮中詔書起草，封華陽夫人，一直追隨武后，死後也沒有與裴行儉合葬。
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