661年，回紇酋長婆閏卒，侄子比粟毒繼位，與同羅、僕固犯邊，唐高宗下詔命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、左武衛將軍薛仁貴為副，鴻臚卿蕭嗣業為仙萼道行軍總管，右屯衛將軍孫仁師為副，率兵討伐。662年，經略百濟的劉仁願奏請增兵，唐高宗下詔徵發淄州（今山東省淄博市淄川區）、青州（今山東省青州市）、萊州（今山東省萊州市）、海州（今江蘇省連雲港市海州區）之兵七千人。七月戊子，右威衛將軍孫仁師擔任熊津道行軍總管，統眾跨海赴熊津，討伐百濟。

劉仁願、劉仁軌攻克真峴城以後，孫仁師領兵渡過黃海抵達朝鮮半島。百濟扶餘豐聯合倭國對抗唐朝和新羅的軍隊。孫仁師與劉仁願、劉仁軌合兵，聲威大振。劉仁軌建議先攻打周留城（今大韓民國全羅北道扶安郡），于是劉仁軌與別將杜爽、扶餘隆率水軍押運糧船從熊津（今大韓民國忠清南道公州市）入白江（今大韓民國錦江），和孫仁師、劉仁願與新羅王金法敏所率陸軍會合，一起向周留城進發。663年九月初八戊午，熊津道行軍總管、右威衛將軍孫仁師等人率領的唐兵與百濟扶餘豐部隊、倭國兵遭遇在白江口，劉仁軌四戰四捷，焚燒四百艘敵船，攻下周留城。扶餘豐逃往高句麗，扶餘忠勝、扶餘忠志等率部降唐，只剩下遲受信留守的任存城。百濟西部人黑齒常之與別部將沙吒相如率部投降劉仁軌。劉仁軌派黑齒常之、沙吒相如率部攻取任存城（今大韓民國忠清南道禮山郡光時面東山里），給他們提供軍械糧草。孫仁師說：「他們人面獸心，不可相信。」劉仁軌說：「我看相如、常之兩人忠勇有謀，是重信感恩之士；現在正是他們感激立功之時，不必懷疑。」于是給他們軍械糧草，並且分兵跟隨，攻下了任存城。遲受信拋棄妻兒，投奔高句麗。唐高宗召孫仁師、劉仁願回朝，命劉仁軌領兵鎮守百濟。