贞观十四年（640年），张士贵被任命为雅州道行军总管，再次镇压唐朝西南边境獠人叛乱。贞观十五年（641年），张士贵任检校夏州都督，奉命镇守庆州以防御薛延陀，其后调任兰州都督、幽州都督等职，但仍担任防御北方少数民族的重任。 贞观十八年（644年），张士贵曾一度“以遣去官”，即因故被罢官，但史籍没有记载被罢官的原因。同年年末，张士贵被任命为辽东道行军总管，授金紫光禄大夫、洺州刺史，跟随太宗皇帝出征辽东。张士贵也是识拔和举荐英雄的伯乐。在太宗皇帝募集征辽士卒时，薛仁贵刚应募投军就引起了张士贵的注意，并在征战辽东的安地战役后，张士贵特意向唐太宗举荐薛仁贵。此后，作为大唐第二代武将的薛仁贵开始声名远扬。次年张士贵因功拜冠军大将军，行左屯卫将军，后转右屯卫大将军，战后，张士贵被任命为茂州都督。 贞观二十二年（648年），作为雅州道行军总管的张士贵镇压雅、邛、眉三州的獠人造反，事后被拜为金紫光禄大夫、扬州都督府长史。 唐高宗永徽二年（651年），66岁的张士贵被调回都城，拜左领军大将军；永徽四年（653年）张士贵致仕，被唐高宗授为镇军大将军，且仍为虢国公。
