开皇四年(584年)，隋文帝遣长孙晟以副使职随虞庆则出使沙钵略可汗，赐公主姓为杨氏，改封大义公主。
沙钵略可汗奉诏时不行跪拜之礼。
长孙晟劝说道：“突厥与隋俱是大国天子，可汗不起，安敢违意。但可贺敦为帝女，则可汗是大隋女婿，奈何无礼，不敬妇公乎？”
沙钵略可汗这才笑着对左右官员说：“须拜妇公，我从之耳。”
于是乃拜诏书。长孙晟还朝后授仪同三司、左勋卫车骑将军。
开皇五年(585年年)七月，沙钵略可汗向隋请和称藩。从此北部边患基本消除，解除了隋朝南下灭陈的后顾之忧。
开皇七年(587年)四月，沙钵略可汗卒，其部众立其弟处罗侯为莫何可汗，请隋廷承认。隋廷遣长孙晟持节前去祝贺，并赐以鼓吹旗幡，拜其弟处罗侯为莫何可汗，其子雍闾为都兰可汗(即叶护可汗)。
处罗侯趁机对长孙晟说：“阿波为天所灭，与五六千骑在山谷间，伏听诏旨，当取之以献。”
当时隋文帝正召集文武官商议此事，乐安公元谐认为：“请就彼枭首，以惩其恶。”
而武阳公李充则认为“应请生将入朝，显戮以示百姓”。
隋文帝问长孙晟：“于卿何如？”
长孙晟回答说：“若突厥背诞，须齐之以刑。今其昆弟自相夷灭，阿波之恶，非负国家，因其困穷，取而为戮，恐非招远之道，不如两存之。”
隋文帝纳其言。莫何可汗随即率部打着隋所赐旗鼓西击阿波可汗。阿波部下以为莫何已得隋兵助阵，丧失斗志，望风归降。莫何可汗遂生擒阿波可汗。
开皇八年(588年)十一月，莫何可汗继续西击邻国，中流矢而死，都兰可汗继位。长孙晟奉命携带陈国所献宝器前去吊唁。
开皇十三年(593年)，流民杨钦流亡至都兰可汗处，谎称彭国公刘昶与宇文氏女共谋反隋，特遣其来密告于大义公主。对此，都兰可汗深信不已，从此不向隋朝进贡。
为探听突厥动向，长孙晟奉命出使突厥。大义公主见到长孙晟后，言辞不逊，并派心腹安遂迦与杨钦计议，煽动都兰可汗反隋。
长孙晟回京后，将此事俱奏。隋文帝再次派长孙晟出使突厥，向都蓝可汗索要杨钦。
都蓝可汗不愿交出杨钦，便谎称：“检校客内，无此色人。”
长孙晟便买通其帐下达官，探知杨钦之所在，趁夜将其抓获，并带到都蓝可汗面前质问。结果公主谋反之事被揭露，突厥人闻后大为耻辱。都蓝可汗不得已，只好将安遂迦等人拘捕，交给长孙晟带回。回京后，隋文帝大喜，为长孙晟加授开府，并遣其再次入藩，诛杀大义公主。
是年，都蓝可汗又向隋朝上表请婚，朝廷准备答应时，长孙晟上奏说：“臣观雍闾反覆无信，特共玷厥有隙，所以依倚国家。纵与为婚，终当必叛。今若得尚公主，承藉威灵，玷厥、染干必又受其征发。强而更反，后恐难图。且染干者，处罗侯之子，素有诚款，于今两世。臣前与相见，亦乞通婚，不如许之，招令南徙。兵少力弱，易可抚驯，使敌雍闾，以为边捍。”
隋文帝准其所奏，并派长孙晟告知突利可汗(即染干)许配公主之事。
开皇十七年(597年)，突利可汗派500骑随长孙晟来迎娶，隋以宗女封安义公主妻之。突利可汗依长孙晟之说，率众南徙，居度斤旧镇。此时都蓝可汗非常恼怒，常率部抄略隋境。突利可汗察知其动静，即派人报隋。因此都蓝可汗每次入边，都因隋边境都先有防备而未能得逞。
开皇十九年(599年)二月，突利可汗奏报都兰可汗制造攻城器械，准备攻击大同城(今内蒙乌拉特前旗东北)。隋文帝命汉王杨谅为元帅，以尚书左仆射高颎出朔州(治善阳，今山西朔县)，尚书右仆射杨素出灵州(治回乐，今宁夏灵武西南)，上柱国燕荣出幽州(治蓟县，今北京城西南)，三路进击突厥。
都兰可汗得知隋军来攻，大惧，遂与达头可汗结盟，合兵掩击突利，双方在长城下展开激战，突利可汗大败。都兰尽杀突利的兄弟子侄，然后率部渡河进入蔚州(治灵丘，今属山西)。突利与长孙晟独率五骑趁夜南逃，天明时行约百余里，并收集数百名散骑。
此时突利可汗却对长孙晟说：“今兵败入朝，一降人耳，大隋天子岂礼我乎？玷厥虽来，本无冤隙，若往投之，必相存济。”
长孙晟闻后，知其有二心，遂暗中派人入伏远镇(今山西大同西北)，令镇中速举烽火。
突利可汗见四处烽火俱燃，便问长孙晟：“城上燃烽何也？”
长孙晟谎称：“城高地迥，必遥见贼来。我国家法，若贼少举二烽，来多举三烽，大逼举四烽，使见贼多而又近耳。”
突利可汗闻后大惧，对其部众说：“追兵已逼，且可投城。”
入镇后，长孙晟留其达官执室以领其众，自带突利可汗于四月入朝。隋文帝闻后，大喜，进授长孙晟左勋卫骠骑将军，持节护突厥。
四月，高颎命上柱国赵仲卿率兵3000为前锋，大破突厥，都兰可汗败逃，后被其部下所杀。杨素军在灵州以北地区与达头可汗部遭遇，也大败突厥，达头可汗带着重伤逃跑，其众死伤不可胜数。
十月，隋册封突利可汗为启民可汗，并赐射于武安殿。隋文帝选善射者十二人，分为两队。
启民可汗说：“臣由长孙大使得见天子，今日赐射，愿入其朋。”
隋文帝同意。启民可汗给长孙晟六支箭，发发皆中，结果启民可汗一队获胜。
时有群鸟飞过，隋文帝对长孙晟说：“公善弹，为我取之。”
结果十发皆中，鸟应丸而落。是日，百官得赏，其中长孙晟居多。
随后长孙晟率5万人在朔州西北筑大利城(今内蒙古和林格尔西北土城子)给启民可汗驻守，令其招抚突厥其它部落。前后归附者万余口，其中包括都蓝可汗之弟都速等。长孙晟将归附之人全部安置妥当，从此突厥归附。
时安义公主已卒，隋文帝又派长孙晟持节送宗女义成公主嫁给启民可汗。
长孙晟又上奏说：“染干部落归者既众，虽在长城之内，犹被雍闾抄略，往来辛苦，不得宁居。请徙五原，以河为固，于夏、胜两州之间，东西至河，南北四百里，掘为横堑，令处其内，任情放牧，免于抄略，人必自安。”此举得到隋文帝的同意。
十二月，突厥都兰可汗被部下所杀，其部落大乱。为挽救突厥颓势，达头可汗自立为步迦可汗。
长孙晟乘机上奏说：“今王师临境，战数有功，贼内携离，其主被杀，乘此招诱，必并来降，请遣染干部下分头招慰。”
隋文帝同意，都兰部果然尽来归附。
步迦可汗得此消息后，大为恐怖，遂于开皇二十年(600年)四月率兵进犯隋边。隋文帝命晋王杨广、尚书右仆射杨素出灵州(治回乐，今宁夏灵武西南)，汉王杨谅、柱国史万岁出朔州(治善阳，今山西朔县)，合击步迦可汗。
文帝诏长孙晟为秦川行军总管，率突厥归附各部为前锋，随晋王杨广出征。时步迦可汗正与杨广对峙不下，长孙晟由于熟悉突厥民俗风情，知其人马均需饮用泉水，便献计说：“突厥饮泉，易可行毒。”
于是命人在泉水上游撒放毒药。突厥人、畜饮水后很多被毒死，人心惶惶，大惊道：“天雨恶水，其亡我乎！”遂连夜遁逃。
长孙晟率部追击，斩杀突厥千余人，俘百余口，六畜数千头。杨广大喜，遂引长孙晟入内帐，把酒言欢。
时有突厥达官来降，坐在帐内，说：“突厥之内，大畏长孙总管，闻其弓声，谓为霹雳，见其走马，称为闪电。”
杨广笑着说：“将军震怒，威行域外，遂与雷霆为此，一何壮哉！”
凯旋回京后，授长孙晟上开府仪同三司，并再次还大利城，安抚新归附之众。
步迦可汗逃至大斤山(今内蒙古大青山)时，与史万岁一路隋军相遇，结果大败，慌忙引军回撤。不久，步迦可汗又派他的侄子俟利伐从沙漠东面攻打启民可汗，隋文帝再次发兵协助启民可汗防守军事要道，俟利伐只得退入沙漠。启民可汗大为感动，表示愿千世万代永为隋臣。
仁寿元年(601年)，长孙晟上奏说：“臣夜登城楼，望见碛北有赤气，长百余里，皆如雨足，下垂被地。谨验兵书，此名洒血，其下之国必且破亡。欲灭匈奴，宜在今日。”
隋文帝诏令杨素为行军元帅，长孙晟为受降使者，援助启民可汗北击步迦可汗。
仁寿二年(602年)三月，军至黄河，正值突厥思力俟斤(官名)等率部渡过黄河，袭扰已经归降隋王朝的突厥启民可汗，掠走男女6000人、牲畜20余万头。长孙晟与上大将军梁默奉杨素之命率轻骑追击，转战60余里，大败突厥。长孙晟又教启民可汗分遣使者，往北方铁勒等部招抚归附。
仁寿三年(603年)，有铁勒、思结、伏和具、浑、斛萨、阿拔、仆骨等十余部背离步迦可汗，降于启民可汗。步迦可汗部溃不成军，西奔吐谷浑。长孙晟送启民可汗安置于碛口(今呼和浩特北)，启民可汗于是尽得步迦可汗之众。随后多年，启民可汗与隋一直保持亲善。事毕，长孙晟回朝。
仁寿四年(604年)，隋文帝驾崩，与长孙晟有旧交的隋炀帝杨广为表拉拢之意，遂任命其为内衙宿卫，知门禁事，即日拜左领军将军。
不久，汉王杨谅在晋阳(今山西太原西南)起兵，公开反对炀帝即位。由于綦良、余公理等各路隋军出师不利，节节败退。炀帝根据重臣杨素的推荐，任命前江州刺史李子雄为上大将军，并以长孙晟为相州刺史，征集山东军队，与李子雄共同配合镇压杨谅军。
长孙晟的儿子在杨谅部下效力，他为了避嫌，便予以推辞，炀帝倍加安抚，长孙晟遂奉命出兵，击破杨谅。回军后，转为武卫将军。
大业三年(607年)，炀帝欲北巡至榆林，欲出塞外，陈兵耀武。因怕启民可汗惊惧，便先派长孙晟到启民可汗部喻旨。启民可汗闻讯后，召所部奚、室韦等数十个部落的酋长聚集，以迎接炀迎帝。
长孙晟见营帐前杂草丛生，想要让启民可汗亲自拔除，并让各部酋长看到，使其明白天子的威重。思虑过后，他手指帐前的草说：“此根极香。”
启民可汗闻后说：“殊不香也。”
长孙晟又说：“天子行幸所到之地，诸侯都躬亲洒扫，除清御路，以表示自己的至敬之心。如今牙帐中荒芜，所以说是留香草罢了！”
启民可汗这才悟其本意，拔下佩刀，亲自除草。其余各部族长见后，争相仿效。启民可汗又发命举国就役开御道，西起榆林，东达于蓟，长3000里，宽百步。炀帝听到此事，对长孙晟的办法非常赞赏。
后来，长孙晟被任命为淮阳太守。他尚未赴任，又复任右骁卫将军。
大业五年(609年)，长孙晟去世，时年五十八。炀帝深表悼惜，赐赠甚厚。
大业十一年(615年)八月，炀帝出塞北巡，为突厥始毕可汗(启民可汗之子)所围，危急之下，不禁慨叹道：“如果长孙晟还在世的话，朕不至于被匈奴逼到如此地步！”