贞观十八年(644年),唐太宗准备讨伐高句丽,命令李治留守定州。等到唐太宗基本确定了发兵日期之后,李治看上去显得十分悲哀,整天都在痛哭,请求驿站飞马传递自己生活工作起居的表章,传递唐军在边境的情况报告,李世民同意了。等到唐军凯旋,李治跟从李世民到了并州,那时李世民生了个大毒疮,李治亲自用嘴替父亲吸取毒脓,扶着车辇步行跟随父亲多日。由于李世民在行军过程中病倒了,身体虚弱,需要静养,所以将一切政务暂由太子代理。然而在李世民的晚年,皇太子李治的主要工作是照看父亲的身体。李世民在寝殿的一侧安置了一处院落,让太子李治居住,李治在父皇的寝宫外陪住了不少时日。贞观二十三年(649年),唐太宗李世民的病情加重,再加上被奸人蒙蔽,服用了一些金丹,丹毒侵体,最终一命归西。
李世民死后,太子李治继承王位,时年二十二岁。在这场惊心动魄的夺嫡大战中,铤而走险的李承乾和处心积虑的李泰最终两败俱伤,反倒意外促成了李治这匹黑马的胜出。