，唐太宗诏令调集粮草，招募军士，准备东征高句丽，龙门人薛仁贵投入张士贵麾下。十九年（645年）三月，张士贵跟随唐太宗征讨高句丽，隶属李世勣麾下为行军总管、洺州刺史，十月还师，以功拜冠军大将军、行左屯卫将军，并担任殿后，至并州时再次升为右屯卫大将军，授茂州都督。唐太宗征讨高句丽时，下令剑南诸獠造船运兵粮，雅、邛、眉三州山獠因不堪其扰，相率叛乱，唐太宗下诏发陇右、峡兵二万，以茂州都督张士贵为雅州道行军总管，与右卫将军梁建方平之。事平，拜金紫光禄大夫、扬州都督府长史。唐高宗永徽二年(651年)，召拜左领军