徐世积与浚仪人王伯当知道李密为天下英雄，一同劝说翟让奉李密为主，以收买人心，扩大影响。
同年，隋朝令江都通守王世充等率军讨伐李密，徐世积使用奇计在洛水两岸几次大败王世充。
当时河南，山东大水，饥民遍地。隋朝赈给不周，每天饿死数万人，徐世积向李密进言:
“天下大乱，本是为饥，如果我们攻陷黎阳国仓大事可成矣。”李密听计。
派徐世积带五千人自原武渡黄河，掩袭黎阳仓的隋朝守军，当日攻克开仓招民众随便领粮，十天之间就招募到兵士二十多万人。
隋炀帝杨广被宇文化及所杀，李渊攻下长安称帝，国号大唐。
武德二年，李积以李密的领地归顺唐朝，仍任黎阳总管。
武德三年至武德七年间，李积随秦王李世民击败宋金刚，击擒窦建德，平定王世充，大破刘黑闼及徐圆朗等人。
又与赵郡王李孝恭，岭南道大使李靖等一同擒获辅公祏，平定江南。
武德八年，突厥入侵并州，李积领军抵御。
贞观三年，李积与李靖等率军十余万分道出击东突厥。
李靖在阴山之战中大破东突厥颉利可汗，颉利可汗战败后被李积阻拦无法北逃。
李积最终俘获东突厥部五万余口后回师，武德九年至贞观十五年间李积在并州令行禁止颇为称职。
贞观十五年，李积于诺真水大破薛延陀军，斩首三千余级，俘获五万余人及马一万五千匹。
贞观十九年，李积奉命进攻高句丽，连破盖牟，辽东，白岩等城并参与安市城之战。
李积乘薛延陀内乱之机，在郁督军山招抚伊特勿失可汗，咄摩支等人又纵兵击破薛延陀残部，彻底灭亡薛延陀政权。
唐高宗时期乾封元年，李积任辽东道行军大总管，再次出征高句丽。
次年，李积挥军直进连取新城，南苏，苍岩，扶余，辰夷等城并与契苾何力等部合围平壤。
九月，唐军攻克平壤，高句