這場親征最終因寒冬來臨、糧草不濟，唐軍主動班師回朝，並未徹底平定高句麗，但鄭仁泰隨軍全程作戰，側翼排程、騎兵指揮有條不紊，還發掘了薛仁貴這員後世家喻戶曉的名將，回京之後，太宗論東征軍功，提拔鄭仁泰為檢校右武侯將軍，加封上柱國，不久轉任左屯衛將軍，晉封同安郡開國公，爵位達到人生頂峰，十六衛大將軍的權柄，也自此握在手中。

貞觀二十一年，大唐再度調兵征討高句麗，分海陸兩道進軍，李績擔任遼東道行軍大總管，鄭仁泰出任副大總管，統領營州兵馬，自新城道出兵夾擊高句麗，獨立指揮一路主力部隊，不再是從前輔助排程的配角，正式躋身大唐高階統帥行列。此時的鄭仁泰已經年過四十，常年駐守京城的沉澱，讓他行軍排程愈發老練穩重，遼東戰事穩步推進，持續壓制高句麗國力，為後來高宗時期徹底滅亡高句麗打下基礎。

貞觀二十三年，唐太宗李世民病逝於翠微宮，太子李治登基，改元永徽，即唐高宗。一朝天子一朝臣，許多貞觀舊將難免受到新君猜忌排擠，可鄭仁泰作為兩代帝王都信任的老將，地位絲毫沒有動搖。李治早年便知曉鄭仁泰玄武門護駕、常年宿衛宮城的忠心，登基之後，依舊重用這位開國元勳，將邊疆軍政大權逐步交付給他。

永徽四年，鄭仁泰離開駐守二十餘年的長安，外放靈州、鹽州二州都督，手握北疆邊防軍政大權，負責安撫、管控河套地區突厥降眾，抵禦漠北游牧部落南下侵擾。在靈鹽都督任上，他推行懷柔與守備並行的策略，一邊修繕邊境堡壘、操練邊防兵馬，一邊善待歸順大唐的游牧部族，公平處置各族糾紛，短短數年，河套邊境安定祥和，極少發生劫掠衝突，治理邊防的才能徹底展現出來。

顯慶二年，鄭仁泰奉調回京，升任右武衛大將軍，同時檢校右衛、右領兩大將軍事務，一人兼領三衛兵權，執掌長安大半禁軍，這般權柄，在永徽、顯慶年間的武將之中極為罕見，足以證明唐高宗對他毫無保留的信任。彼時開國老將程知節因西征西突厥失利遭到貶謫，朝堂宿將青黃不接，鄭仁泰資歷深厚、忠心可靠，自然成為高宗倚重的軍方核心人物。

顯慶三年，西北吐蕃勢力日漸強盛，屢次侵擾涼州、甘州邊境，西北防線壓力劇增，朝廷急需威望足夠、能鎮住邊疆的大將坐鎮。高宗下詔，任命鄭仁泰為涼州都督，兼任青海道行軍大總管，全權掌管涼、甘、肅、伊、瓜、沙六州所有軍政事務，統籌河西全線邊防，防備吐蕃東進。

抵達涼州之後，鄭仁泰立刻巡查河西所有關隘要塞，加固城防，整編邊防軍，劃分各鎮守軍防區，同時打通西域糧草運輸通道，保障前線補給。數次小規模吐蕃入侵，都被他提前佈置的伏兵擊潰，吐蕃見河西防守嚴密，不敢大舉進犯，西北邊境獲得數年安穩。

龍朔元年冬，漠北迴紇酋長婆閏病逝，其侄子比粟毒奪取部族大權，聯合同羅、僕固等鐵勒九姓十餘萬部眾，公然背叛大唐，大舉南下劫掠邊境州縣，北疆烽火再起，警報接連送入長安朝堂。鐵勒部族游牧於天山以北，騎兵機動性極強，人數眾多，聲勢浩大，普通將領難以壓制，唐高宗思來想去，選定時年六十二歲、身經百戰的鄭仁泰為主帥，開啟北征鐵勒之戰。

朝廷正式下詔：以左武衛大將軍鄭仁泰為鐵勒道行軍大總管，燕然都護劉審禮為副手，左武衛將軍薛仁貴為副大總管，鴻臚卿蕭嗣業分領仙萼道兵馬，多路唐軍協同北伐，全力平定鐵勒叛亂。此番出征，薛仁貴再次歸於鄭仁泰麾下，昔日遼東伯樂與千里馬，並肩北上天山，開啟一段先大勝、後慘敗的爭議戰事。

龍朔二年春三月，唐軍主力抵達天山，鐵勒九姓十餘萬騎兵早已佔據天山要道，依仗人多勢眾，主動派遣數十名勇士到唐軍營前叫陣挑釁，氣焰囂張。薛仁貴主動請戰，單騎出營，連發三箭，當場射殺三名鐵勒勇士，剩餘敵軍驚駭萬分，當場下馬請降，唐軍趁勢全軍出擊，大破鐵勒主力十餘萬，俘虜數萬，鐵勒各部士氣徹底崩盤，這便是後世家喻戶曉的“三箭定天山”經典戰事，大勝之後，鄭仁泰與薛仁貴威名震動漠北，鐵勒各部畏懼唐軍兵鋒，紛紛遣使投降。

大戰告捷，大量鐵勒部眾放下兵器歸降，這本該是安撫招撫、穩定漠北的最佳時機，可一生沉穩的鄭仁泰，在此刻犯下了致命的決策失誤。多年征戰積攢的戰功，花甲之年獨掌大軍的權柄，加上大勝之後心態浮躁，他沒有采納部下安撫降眾的建議，反倒認為鐵勒部族反覆無常，今日投降明日必反，大肆下令誅殺已經歸降的俘虜，縱兵掠奪部族牲畜、輜重財物，高壓手段激起剩餘鐵勒部眾強烈怨恨，大量原本打算歸順的部族四散逃亡，躲入大漠深處，局勢再度失控。

此時唐軍斥候傳來情報：逃竄的鐵勒叛軍攜帶全部輜重、家眷藏匿在大漠深處仙萼河附近，糧草物資堆積如山。鄭仁泰貪圖敵軍囤積的大量物資，急於徹底剿滅殘餘叛軍，不顧軍中糧草儲備不足、大漠腹地氣候惡劣、缺乏嚮導的多重隱患，貿然挑選一萬四千精銳輕騎，捨棄步兵與糧草輜重，倍道疾馳深入戈壁荒漠，追擊逃亡的鐵勒部眾。

這支孤軍橫穿茫茫大磧，連續數日在無人荒漠中行軍，一路不見叛軍蹤跡，所謂的輜重情報，實為鐵勒誘敵之計。等鄭仁泰察覺中計，想要率軍折返邊塞之時，軍中糧草已經徹底耗盡，更雪上加霜的是，大漠突降百年難遇的特大暴雪，氣溫驟降至零下，士兵缺少禦寒棉衣，戰馬大批凍餓倒斃，絕境之中，悲劇不斷上演。

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