击败颉利可汗，因功功升为右卫将军，进爵郡公。贞观十三年（639年），唐太宗命侯君集、薛万彻等率兵伐麴氏高昌，贞观十五年（641年），同李世勣出击薛延陀的回纥军，有功改任左卫将军。封一子为县侯。贞观十八年（644年），尚高祖女丹阳公主，拜驸马都尉，出任杭州刺史，代州都督，后在贞观二十二年（648年），参与东征高句丽，率兵从莱州浮海攻，屡立战功，而任气不能下人，遂以怨望遭贬谪，旋还。唐高宗时，薛万彻与房遗爱、柴令武等密谋拥立荆王李元景（高宗叔），事泄，于永徽四年（653年），处死。