南诏既与吐蕃决裂，出于历史宿怨和自身利益的需要，归唐不久即向吐蕃发起进攻，一举攻破昆明城。
昆明城位于今四川盐源县东北，处在大唐、吐蕃与南诏之间，是当时的军事重镇，天宝末年被吐蕃侵占。
南归的回归，让吐蕃在西南方向的巨大战略优势荡然无存，韦皋没有了来自云南方向的威胁，开始集中全力反攻吐蕃，打的吐蕃节节败退。
贞元十三年（797年），嶲州刺史曹高仕在台登城下（位于今四川冕宁县泸沽镇）击败吐蕃。
贞元十六年（800年），韦皋指挥军队多次在黎州（今四川汉源北）、巂州（今四川西昌）击败吐蕃，战绩斐然。又屡挫吐蕃入侵图谋，迫使吐蕃主帅马定德率领麾下八十七员大将前来归降。马定德素有智谋，熟知兵法韬略，在吐蕃军中享有很高声望，他的投降大大削弱了吐蕃实力。
贞元十七年（801年）八月，德宗诏令韦皋进击吐蕃，用以缓解北方边患压力。韦皋奉命西征，与南诏联兵一处兵分三路深入吐蕃纵深，自八月至十月两个月间转战千里，击破吐蕃十六万大军，攻陷城池七座、军镇五座，焚毁堡垒一百五十个，斩首万余级，捕获六千人，招降三千户，并乘胜包围维州（今四川理县）、昆明城。
贞元十八年（802年）正月，吐蕃大将论莽热领军十万援救维州。西川军主力据险设伏，出动千余人挑战，诱使吐蕃军队进入伏击圈，一时间伏兵四起攻势如潮，打的吐蕃死伤大半，论莽热也被生擒活捉押送长安。
韦皋因功加封南康郡王！
这一仗着实打痛了吐蕃，加之这几年里吐蕃北有回鹘进逼，西有大食、天竺侵犯，南有南诏袭扰，国力急转直下，迫不得已于贞元十九年（803年）四月遣使赴长安朝贡议和，自肃宗以来的吐蕃边患终于暂告一个段落！
韦皋在其中的作用毋庸置疑，但首要功劳还应记在制定出“北交回纥、南通南诏，西结大食、天竺”这一宏大战略构想的已故宰相李泌身上！
永贞元年（805年）七月十七日，韦皋病故，享年六十一岁，获赠太师，谥号“忠武”。
史载：韦皋治蜀二十一年，数出师，凡破吐蕃四十八万，擒杀节度、都督、城主、笼官一千五百人，斩首五万余级，缴获牛羊二十五万、各类器械六百三十万，其功劳为西南之首。
韦皋主镇西川期间，对朝廷贡赋不缺，德宗对他一直信任有加。对士卒非常优厚，凡有婚丧嫁娶，他都一力承担，士卒们乐于替他效命，因此才能收服南诏、击败吐蕃，安然在位二十余年。幕僚干得好的他让他们出任西川境内刺史，之后再度调回幕府，却始终不让他们到朝中任职。他善于理政，西川府库充实，每三年免掉一次租赋。蜀地民众佩服他的智谋，畏惧他的权势，称他为诸葛亮转世，将他的画像作为土神，家家祭祀。
他创造性的执行联合南诏、东蛮打击吐蕃的政策，几以一己之力拖垮了吐蕃，有力保障了大唐西南边陲的安宁，为大唐营造出了一个较好的外部环境，使宪宗继位后的“元和中兴”成为可能。