贞观年间，段志玄担任西海道行军总管，征讨吐谷浑，后升任右卫大将军，改封褒国公，并世袭金州刺史。贞观十六年（642年），段志玄病逝，追赠扬州都督，谥号忠壮。
早期事迹
段志玄的父亲段偃师，曾任太原郡司法书佐。段志玄身材伟岸，器宇轩昂，但是为人无赖，屡次违反法纪。
611年（大业七年），隋炀帝远征高句丽，段志玄时年十四岁，应募从征。后来，段志玄随父亲客居太原，得到李世民的赏识。
迫擒屈突
617年（大业十三年），唐高祖李渊在晋阳（今山西太原）起兵反隋。段志玄募兵千余人，被授为右领大都督府军头，并担任先锋，夺取霍邑（今山西临汾）、绛郡（今山西新绛），攻打永丰仓（在今陕西大荔），累功至左光禄大夫。
后来，段志玄随刘文静到潼关抵御屈突通。刘文静被桑显和偷袭，军营溃散。段志玄率领二十余骑冲阵，连杀数十人，身中流失，仍三次冲入敌阵。最终，唐军军心大振，桑显和大败。不久，段志玄与诸将追擒屈突通，因功授乐游府骠骑将军。
屡建功勋
621年（武德四年），秦王李世民东征王世充。段志玄在作战时马倒被擒，敌军两将抓着他的发髻，要将他带走。在渡洛水时，段志玄纵身跳起，将二人拉坠马下，夺得马匹驰归。数百人在后面追赶，但是都不敢逼近。不久，王世充、窦建德相继被平定，段志玄因功
升任秦王府右二护军。
626年（武德九年），太子李建成欲谋害李世民，以重金贿赂段志玄，企图诱其归顺。段志玄拒不接受，并将此事告知李世民，后与尉迟敬德等人发动玄武门之变，诛杀李建成、李元吉。不久，李世民登基，是为唐太宗，段志玄迁任左骁卫大将军，封樊国公。
634年（贞观八年），段志玄被任命为西海道行军总管，率领边军与契苾、党项等部落兵马征讨吐谷浑。段志玄击破吐谷浑，段志玄率军追击八百余里，到距离青海湖三十余里时，吐谷浑驱赶着牧马逃走。唐太宗诏令段志玄追奔到青海夺取吐谷浑的牧马，段志玄停留不前，被唐太宗罢免其官职，不久又官复原职。
晚年生活
637年（贞观十一年），唐太宗封功臣为世袭刺史，段志玄为金州刺史，改封褒国公。638年（贞观十二年），升任右卫大将军。640年（贞观十四年），又加镇军大将军。
642年（贞观十六年），段志玄患病。唐太宗前往探视，并打算封其子为五品官。段志玄请求将官职封给弟弟段志感，唐太宗遂封段志感为左卫郎将。不久，段志玄病逝，终年四十五岁，赠辅国大将军、扬州都督，谥号庄肃（一作忠壮），并陪葬昭陵。
长孙皇后出葬时，段志玄与宇文士及分别统领兵马守卫肃章门。太宗在夜晚派遣使者到达他们两人驻所，宇文士及开门放行，段志玄则闭门不让使者进来，并道：“军门夜晚不能开。”使者道：“我有皇帝的手敕。”段志玄道：“夜间难辨真伪。”使者无奈，只好等待到天明。太宗听说后，称赞道：“这是真正的将军，周亚夫也不过如此。”
