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贞观元年（六二七）正月初一，改元贞观。
贞观元年（六二七）唐天节将军、燕郡王李艺据泾州反。
贞观二年（六二八），关内发生旱灾，百姓缺粮，有许多人卖儿卖女以换取衣粮。四月，太宗诏出御府金帛赎回被卖儿童，交还父母。又因去年久雨，今年又遭受旱灾、蝗灾，大赦天下。
贞观二年四月二十六壬寅日（628年6月3日），朔方人梁洛仁杀夏州割据势力首领梁师都，归降唐朝，唐朝统一全国。
贞观四年（630年），李世民令李靖出师塞北，挑战东突厥在东亚的霸主地位。唐军在李靖的调遣下，灭亡东突厥，李世民因此被西域诸国尊为“天可汗”。
平定突厥之后，太宗继续经营西域，先后多次用兵。
贞观四年（六三〇）三月，各族君长都到长安请唐太宗称天可汗，唐太宗笑道：“我为大唐天子，难道又为可汗之事吗？”但此后唐太宗赐给西北各族君长的玺书都用“天可汗”的称号。
贞观四年（六三〇）八月，日本遣使犬上三田耜（亦作御田锹）、药师惠日等来唐，是为日本第一次遣唐使。
贞观六年（六三二）十一月，契苾（铁勒十五部之一）部落酋长契苾何力率所部六千余家到沙州（今甘肃敦煌西）向唐政府归降。
贞观八年（634年），吐谷浑寇边，太宗派李靖、侯君集、王道宗等出击，次年吐谷浑伏允可汗逃入沙漠，后为国人所杀，太宗另立吐谷浑国王。
贞观十年（六三六）六月二十一日，太宗皇后长孙氏卒，年三十六岁
贞观十三年（639年），太宗以高昌王麴文泰西域朝贡，遂命侯君集、薛万彻等率兵伐高昌。次年，麴文泰病死，其子麴智盛继位，投降唐朝。太宗于是在高昌首府交河城置安西都护府，西域各国皆到长安朝贡。
贞观十四年（六四〇）流鬼国遣使入贡，侯君集灭高昌，唐置安西都护府于交河，礼官改礼制，唐文成公主入藏
贞观十五年（六四一）唐蕃和亲，席君买平吐谷浑之乱，册封百济王，李世绩败薛延陀
贞观十七年（六四三）魏征卒，征高丽，李世民命画功臣像于凌烟阁，太子承乾造反，被废，立晋王治为皇太子
贞观十九年（645年）二月，唐太宗以高句丽摄政弑主虐民为由，亲率六军，从洛阳北进，率兵攻打高句丽。但东渡辽水以后，由于遭到高句丽的顽强抵抗，唐军在安巿城（今辽宁海城南营城子）久攻不克，加之气候转冷，草枯水冻，粮草不继，兵马难以久留，只得下诏班师。在这之后，唐太宗对高句丽的进攻仅维持在一些小规模的突袭。[16]
贞观十九年（645年），薛延陀首领多弥可汗拔灼开始和唐朝大军作战。次年，唐军反击并打败拔灼后，薛延陀的附庸回纥出兵，将他杀死。拔灼的堂兄伊特勿失可汗咄摩支向唐军投降，薛延陀灭亡。
贞观二十年（646年），唐朝在漠北设立安北都护府，在漠南设立单于都护府，建立了南至罗伏州（今越南河静）、北括玄阙州（后改名余吾州，今安加拉河地区）、西及安息州（今乌兹别克斯坦布哈拉）、东临哥勿州（今吉林通化）的辽阔疆域。
贞观二十三年（六四九）五月，唐太宗病危。临终前，他召见长孙无忌和褚遂良，让他们辅佐太子治听政。是月，太宗病逝于翠微宫含风殿。太子李治即位，是为唐高宗。