九月，李艺(即罗艺，赐姓李)率军与李神通会师，唐又征调邢、洺、相、魏、恒、赵等州兵共5万余人，与刘黑闼军战于饶阳城南。唐军列阵十余里，刘黑闼人少，沿河堤成单行阵以拒唐军。
时值风雪交加，李神通乘风进击，不久风向逆转，刘黑闼趁势反击，唐军大败，兵马军资损失三分之二。
当时李艺率军居阵西，进破刘黑闼部将高雅贤，追逐数里，得知大军失利，遂退保藁城。刘黑闼进击，李艺军败，其将薛万均、薛万彻在这次作战中被俘，被刘黑闼“截发驱之”(《资治通鉴·卷第一百八十九》)，兄弟二人逃回后，李艺也率军撤回幽州。这一战，堪称兄弟二人奇耻大辱。
贞观二年(628年)，右卫大将军柴绍、殿中少监薛万均率军击梁师都，薛万彻作为副将也随军出征。唐军行至距朔方(今陕西靖边东北白城子)数十里时，突厥援兵四面而至，唐军稍退。
这时，二人横击突厥军，斩其骁将，突厥军阵脚大乱，唐军乘势进攻，大破突厥军，乘胜包围朔方城。诸将都认为城险难以攻下，薛万均说：“城中气死，鼓不能声，破亡兆也。”《新唐书·薛万均列传》
四月二十六日，梁师都堂弟梁洛仁杀梁师都，举城投降。突厥始终不敢出兵援救。唐以其地置夏州，为反击突厥准备了前进基地。薛万彻因功封为灵州大都督。
在隋末唐初时，突厥趁中原地区战乱不休，开始重新崛起，屡次发兵南下骚扰，唐高祖对突厥采取了优容策略。
唐太宗继位后，采取了一系列措施，很快培养出一支能征善战的精锐部队。贞观三年(629年)十一月初四，突厥军进扰河西。唐太宗以此为借口，于二十三日诏命薛万彻为畅武道行军总管，并州都督李绩为通汉道行军总管，兵部尚书李靖为定襄道行军总管，华州刺史柴绍为金河道行军总管，任城王李道宗为大同道行军总管，检校幽州都督卫孝杰为恒安道行军总管，共率兵10余万，皆受李靖节度，分6路反击突厥。
薛万彻跟随李靖作战，一直进军到塞北而还，最终灭掉东突厥汗国。薛万彻因功授统军之职，后进爵郡公。
贞观九年(635年)十二月，李靖率军出击吐谷浑，特请薛万彻同往。进入吐谷浑后，薛万彻与诸将各率百余骑先行，突然遭遇数千骑吐谷浑军。
薛万彻单骑杀入敌军，无人敢挡。回来对诸将说：“贼易与耳！”(《旧唐书·薛万彻列传》)
说罢又策马再战，唐军紧随其后，斩
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