在唐罗联军灭亡百济、镇压百济复国运动的过程中，两国矛盾的种子就已埋下了。新罗一直垂涎于百济故地，可唐朝却将其改设为熊津等五个都督府，任用扶余隆为首的百济归顺人员为官长，令新罗骨鲠在喉，大为不满。唐高宗甚至还要求文武王与扶余隆会盟，发誓新罗、百济互不侵犯。对此百般抵触的文武王以任存未下为由，奏请停盟，但到麟德元年（664年），唐高宗下旨责备新罗不遵唐朝要求盟誓，大概此时任存城已被占领，所以新罗没有拒绝的借口，文武王便于二月派金仁问、金天存在熊津与扶余隆会盟。唐朝显然对文武王没有亲自出面感到不满意，于是到了麟德二年（665年）八月，文武王迫于唐朝压力，终于亲自出面，在唐朝敕使刘仁愿的监督下，筑坛于就利山，与曾经跪在他马前、被他羞辱过的熊津都督扶余隆会盟。在此之前，唐朝于龙朔三年（663年）宣布新罗为鸡林州都督府，以文武王为鸡林大都督，这无疑让文武王感受到唐朝的威胁，担心新罗沦为百济那样的下场。

不过，新罗还需要借助唐朝的力量来平定高句丽、统一海东，所以暂时没跟唐朝翻脸。乾封元年（666年）四月，文武王让重臣金天存的儿子金汉林、金庾信的儿子金三光入唐充当宿卫质子，并请兵讨伐高句丽。当时，高句丽强人渊盖苏文已经倒下，诸子争权夺利，长子渊男生（泉男生）降唐，因此唐朝顺应新罗请求，于同年十二月任命李勣为辽东道行军大总管，重启对高句丽的征伐。乾封二年（667年）七月，唐朝派刘仁愿等来新罗征兵助攻高句丽。八月，文武王亲率大军出征，九月至汉城等待李勣的消息，李勣派江深传令新罗军队直接赶赴高句丽都城平壤。十一月十一日，文武王行至獐塞（今朝鲜黄海北道遂安郡一带），听说李勣撤军，自己也撤军。十二月，刘仁愿再次督促新罗出兵，并授予唐高宗赐给文武王的大将军旌节，不过文武王似乎按兵不动。总章元年（668年）六月，刘仁轨来新罗督促出兵，六月二十七日，文武王再次前往汉城坐镇指挥，金仁问、金天存、朴都儒等率领的新罗军队于平壤城外的蛇川之原打败了渊男建（泉男建）的军队，九月联合唐军包围平壤，遂灭高句丽。

文武王本欲自汉城前往平壤助攻，但途中听说平壤已经陷落，便返回新罗，十月二十二日嘉奖有功将士，十一月五日进入金城，翌日即率文武百官祭告先祖庙，报告“祗承先志，与大唐同举义兵，问罪于百济、高句丽，元凶伏罪，国歩泰静，敢兹控告，神之听之”。总章二年（669年）二月二十一日大会群臣，以“两敌既平，四隅静泰”下教大赦境内，宣告了朝鲜半岛三国纷争的终结。

不过，和平并没有像文武王预想的那么快来临，随着百济、高句丽的相继灭亡，唐朝与新罗的矛盾迅速浮上水面。在攻击高句丽之时，李勣责备新罗未按军期赶到，高句丽灭亡后金仁问等新罗有功人员入唐受赏时，李勣又称新罗无功。此外，新罗趁机占领了过去曾属新罗的高句丽卑列城（今朝鲜江原道安边郡），也被唐朝勒令退出。而唐朝设安东都护府于平壤更让新罗惴惴不安，新罗内部盛传唐朝修造船只，借口讨伐倭国，其实要灭新罗。总章二年（669年），在唐朝和新罗关系日益紧张之际，文武王一面派金钦纯、金良图入唐“谢罪”，一面则收容高句丽王族安胜（安舜，一说高藏外孙，一说高藏庶子）、高延武及其所率的4000户高句丽遗民，翌年三月即派薛乌儒与高延武各率精兵一万援助高句丽叛党剑牟岑，甚至打过了鸭绿江，后来遭遇唐军大部队而撤到汉城（今朝鲜黄海南道载宁郡），文武王将安胜安置于金马渚（今韩国全罗北道益山市），七月派遣须弥山册封安胜为高句丽王，并继续援助高句丽遗民捣乱。显而易见，文武王的意图就是将这些高句丽遗民用于牵制唐朝。此外，文武王还和倭国搞好关系，在镇压百济残余势力期间就释放了所有倭国俘虏，高句丽灭亡后更是频繁遣使与倭国（后改称日本）往来，以创造对新罗有利的国际环境。

当然，文武王的首要目标还是在于百济故地，当地为唐朝羁縻统治下的熊津都督府，熊津都督扶余隆尚未赴任，由长史难汗、司马祢军等归顺唐朝的百济遗臣留守，并驻有唐朝军队。尽管已有就利山会盟，但熊津都督府和新罗之间的矛盾依然很深，尤其是新罗在当初平定百济之际，就已经占领了尔礼城等部分百济城池，熊津都督府希望唐朝出面让新罗归还这些土地，因此唐高宗对新罗擅取百济土地的行为感到愤怒，扣押了谢罪使金钦纯和金良图（金钦纯不久被释放回国，金良图死于狱中）。在此情况下，文武王先派金儒敦去熊津都督府，以“请和”为名加以试探，等到熊津都督府司马祢军回访时，文武王借口他来“窥觇”而予以扣押，并亲率大军进攻熊津都督府，时为咸亨元年（670年）七月，唐罗战争由此爆发。经过一年左右的征战，新罗从唐朝手中吞并了百济故地，设置了所夫里州。

不过，文武王在维护与牟取新罗的国家利益而与唐朝发生的冲突的同时，始终无意断绝与唐朝的宗藩关系，因而采取了比较灵活的对唐外交策略。据说他在咸亨元年（670年）征讨熊津都督府时，曾“具录事状，发使奏闻”，但因“风寒浪急”而未能入唐。咸亨二年（671年）唐将薛仁贵致书问罪之际，文武王在答书中声称先王金春秋曾得到唐太宗约定在平定高句丽、百济后将平壤以南送给新罗的“恩敕”，以使自己侵吞百济全部故地和高句丽部分故地的行动正当化，同时力陈新罗为唐朝的付出以及对唐朝的“忠诚”，诿过于唐朝大将李勣的苛责和熊津都督府官员（百济遗臣）的诬陷，表达自己的“冤屈”。咸亨三年（672年）九月，文武王第二次遣使入唐谢罪，并送还祢军等熊津都督府官员和唐军俘虏，还向唐朝进贡了金、银、铜、针、牛黄、布等大量财物。之后，新罗所援助的高句丽叛军于咸亨四年（673年）五月被高侃、李谨行所领之唐军剿灭，新罗援军和高句丽叛军余部逃回新罗。文武王对此忧心忡忡，哀叹：“军败如此，奈何！”然后加强西海岸和北部边境的防范。

唐高宗并不接受新罗的谢罪。到咸亨五年（674年）正月，解决了西域弓月、疏勒问题的唐高宗开始对新罗算总账，下诏削文武王官爵，改立其入唐宿卫之弟金仁问为新罗王，派刘仁轨、李谨行率军20万讨伐新罗。刘仁轨在七重城（今韩国京畿道坡州市积城面）大败新罗，但不久即被召还。上元二年（675年）二月，文武王第三次遣使入唐谢罪，唐高宗顺水推舟，赦免其罪，恢复官爵。在赦罪诏书尚未传达到前线时，新罗于当年九月进攻驻扎在当地的唐军。而唐朝的精力主要用于对付吐蕃，所以不得不收缩海东政策，于仪凤元年（676年）将安东都护府从平壤迁至辽东，并召还了在当地任职的汉官。这标志着唐朝势力实际上退出朝鲜半岛，也标志着文武王最终完成了统一浿江（大同江）以南的朝鲜半岛中南部的大业。

唐高宗仍不服气，于仪凤三年（678年）又打起了东征新罗的主意，侍中张文瓘力谏“今吐蕃为寇，方发兵西讨；新罗虽云不顺，未尝犯边”，高宗采纳。此后唐与新罗之间再无冲突。一统三国后，文武王修文偃武，励精图治，当时“薄赋省徭，家给人足，民间安堵，域内无虞，仓廪积于丘山，囹圄成于茂草”，新罗由此迎来了和平发展的黄金时代。在此太平盛世之下，文武王于仪凤四年（679年）“重修宫阙，颇极壮丽”，同时开凿了雁鸭池，作为供王室享乐的园林景观。

永隆二年（681年）七月初一日，文武王病逝，享年五十六岁，遗诏按佛教仪式火葬，并安葬其骨灰于东海（日本海）岩石中，该岩石就被称为“大王岩”。太子金政明即位，是为神文王。

传说，金法敏的姨妈宝姬曾做过一个异梦，梦见自己登西岳撒尿，流遍金城，醒来后将此梦说给妹妹文姬（文明王后），文姬表示她愿意用锦裙买下此梦，宝姬同意。过了几天，金春秋与金庾信在金庾信家门外蹴鞠，期间金春秋的衣纽被弄破，金庾信请金春秋去他家，让宝姬来缝补，宝姬有事不来，就让文姬来缝补。当时文姬“淡妆轻服，光艳照人”，金春秋产生了生理反应，便与她交合。后来文姬怀孕，金庾信责问她说：“你怎么没有告诉父母就怀孕了呢？”便宣布要烧死文姬。有一天，真平王游幸南山，发现烟火，问左右这是什么情况，左右回答是金庾信要烧死她妹妹，原因是她妹妹无夫怀孕。真平王问：“是谁干的？”当时金春秋就侍奉在真平王身边，闻讯脸色大变，真平王说：“是你干的吧！还不快去救？”金春秋便骑马去救文姬，然后跟她举行婚礼，文姬生下的孩子就是文武王金法敏。

文武王生前曾对智义法师说：“朕身后愿为护国大龙，崇奉佛法，守护邦家。”法师提醒道：“龙是畜生报啊！” 文武王说：“我厌世间荣华久矣，若粗报为畜，则雅合朕怀矣。”神文王即位后，在东海边为文武王修建愿堂感恩寺，不久后东海中有小山浮来向感恩寺，随波往来，神文王感到惊异，命日官金春质占卜，金春质奏曰：“圣考今为海龙，镇护三韩，抑又金公庾信乃三十三天之一子，今降为大臣，二圣同德，欲出守城之宝，若陛下行幸过海，必得无价大宝。” 神文王乃泛海入山，有龙献“万波息笛”，吹此笛则天下和平、兵退病愈，是为“二圣”（文武王和金庾信）赐给后世新罗国王的护国之宝。

文武王开创了统一新罗时代，在新罗，人们相信文武王死后化为护国海龙，与金庾信并称“二圣”，足见他在新罗君主中的特殊地位。但后来由于朝鲜半岛受事大主义和慕华思想的影响越来越深，对文武王的评价也有所否定。如朝鲜王朝官修史书《东国通鉴》评价称：“文武之平定丽、济，统合为一者，大抵皆太宗（武烈王）恢拓之略、庾信（金庾信）赞助之力，而在唐朝命将出师、助顺讨逆之功，盖亦多矣。既一之后，王又自满，侈心遽萌。纳高丽叛众，据百济故地，敢拒天兵，背德犯顺，为大邦讎，坐见贬削，可耻之甚也。然无悔谢之色，益长骄傲之念。高宫室、大园囿，溺于禽鸟花卉之异，玩物丧志，迷而不复。故虽能袭太宗之余烈，恢复疆域，终无燕翼之谋贻及子孙。自此以后，乱贼相寻，罗业日衰。王之不能兢业儆惧，自怠自骄者如是，统一之治，盖未尽善云。”不过到了现代，文武王作为统一三国的君主，再次获得了高度评价，成为当代韩国所推崇的一代伟人。