裴行儉告訴大家：“用兵之道，撫士貴誠，制敵貴詐。前日蕭嗣業糧運為突厥所掠，士卒凍餒，故敗。今突厥必復為此謀，宜有以詐之。”乃詐置糧車三百輛，每車伏壯士五名，由老弱兵數百人假作運護糧食，而將精兵伏於險要之處，以待敵人前來。果然突厥兵來搶掠糧車，老弱兵假裝驚慌，棄車敗逃。突厥兵把糧車趕到有水有草的地方，解鞍牧馬，伏在車內糧堆間的唐朝軍士，突然躍出殺敵，突厥兵大驚慌亂，而伏兵又起，幾乎把搶糧的敵人殺盡。從此，唐軍的糧車行走，突厥人都遠遠避開，生怕遭到裴行儉設計伏殺。
裴行儉師行至單于府（轄今內蒙古陰山、河套一帶）的北部，天近黃昏，軍士已築好了大營備宿，裴行儉突發將令，讓軍隊移駐高岡。諸將疑慮，皆言部隊已安頓好了，不宜再動，但裴行儉強令移營。到了晚上，暴風驟雨，山洪傾瀉，前所築營地頃刻沒於丈餘深的水中。諸將慶幸免於水難，驚服他的神機妙算，問其中的原因，裴行儉微笑回答：“自今但聽我命，不必問其所由知也。”＇事見《資治通鑑》，卷202，永隆元年三月；《新唐書》，《裴行儉傳》。＇
裴行儉揮師北進，與突厥大戰於黑山（今內蒙古包頭市西北，又名呼延谷），突厥連遭失敗，首領奉節被俘。突厥人見大勢已去，便殺死可汗阿史那泥熟匐，全部投降。捷報傳至京師，天皇、天后派戶部尚書崔知悌馳往撫慰，裴行儉安置突厥降眾，引師回朝。
阿史那泥熟匐敗，突厥阿史那伏念自立為可汗，與阿史德溫傅結盟，再犯唐邊。開耀元年（681年）初，突厥犯原、慶等州。唐廷再命裴行儉為定襄道大總管討之。以左武衛大將軍曹懷舜、幽州都督李文暕為副，先行出擊，與戰不利。
七月，裴行儉率軍在代州（治所在今山西代縣）的陘口（即雁門關陘嶺關口），按兵不動，仍多以謀制敵。他先遣使與阿史那伏念申立盟約，勸攻阿史德溫傅，再致書阿史德溫傅，讓他預防阿史那伏唸的進攻。整得二人暈頭脹腦，驚惶失措，都以為對方與裴行儉聯合，各懷異心。裴行儉乘敵混亂之際，派遣輕騎掩擊阿史那伏唸的後路牙山，得其輜重和其家屬妻、子人等。阿史那伏念遭襲退走細沙。裴行儉不給他喘息機會，率大兵追擊。逼迫阿史那伏念使講和，以擒獻阿史德溫傅本人為條件。裴行儉同意了他的投降不殺，限期令他繳獻俘虜。果然在限期內，阿史那念執阿史德溫傅來降。裴行儉再度得勝，把阿史二人押往京師。
永淳元年（682年），西突厥又反叛唐朝。天皇、天后覆命裴行儉掛帥西征，但師未起行而裴行儉死於京師。享年六十四。天皇、天后痛失大將，贈以幽州大都督官銜，諡曰“獻”。“獻”的意思是奉獻，裴行儉先獲罪於武則天，然武則天不計前嫌，用為出將入相，果然為國屢立大功，奉獻一切，包括他自己的生命。
裴行儉文武兼備，多才多藝。他的書法在當時極賦盛名，草書和隸書尤其佳絕。高宗和武則天都喜愛他的書法。高宗曾詔他書寫《文選》，讓他把文章書寫在綾絹上，經常欣賞模仿，並贈送予許多貴重之物，以示獎勵。武則天喜愛他的書法墨寶，裴行儉去世後，曾讓人到他的府上要去了他書寫的字貼＇《新唐書》、《舊唐書》，《裴行儉傳》。＇。
裴行儉愛護、體貼下屬，如他所言“撫士卒在心誠”。因此，史書上記載了他的許多故事，撫慰部卒的故事也有不少。
例如：裴行儉讓手下取名貴的犀角和麝香，結果卻丟失了。皇帝賜的名馬、雕鞍，而部屬竟想試馳一番，結果馬倒了把雕鞍摔破，這兩個人都害怕得躲了起來。行儉知道他們躲在哪裡，便讓人找到他們，並說：“你們都是無心弄出點事來，這算得了什麼啊，怎麼能自輕自賤呢？”以後，對這兩個人同往常一樣。
打敗了阿史那都支時，得到一個瑪瑙盤，有二尺的長寬，名貴極了。想讓人拿來將士們看看，軍吏王休烈捧著盤子走在臺階上，失手跌碎，害怕得跪在地上不知所措。行儉也很心疼這件寶物，但卻笑著說：“你又不是故意的，何至於這樣呢”臉上沒有一點惋惜的表情，在場的將士們無不感動。
裴行儉把繳獲的資產、金珠、寶燕等登記造冊，獻給唐廷。唐廷回賜他三千多件器物，行儉把這些賜物公贈給偏將故舊，幾天就一件也不剩了＇事見《新唐書》、《舊唐書》，《裴行儉傳》；《資治通鑑》，卷203。＇。
裴行儉的謀略和預見，被人們傳為神話，以為他精於陰陽算術。留下這方面傳奇故事也很多。實際上他和諸葛亮一樣，不過善於觀察和推測而已，哪有什