李世民將竇建德押到洛陽城下。王世充召集諸將，商量對策。他本打算突圍，南奔襄陽，那時襄陽尚在王弘烈、豆盧褒和蘇世長的控製之下。無奈諸將不同意，他們說：“吾所恃者夏王，今夏王已為擒，雖得出，終必無成。”於是王世充開城投降。
李世民進了東都洛陽，看到隋宮壯美綺麗，感歎隋煬帝用盡民力以逞奢侈。薛收說：“竊聞峻宇雕牆，殷辛以滅；土階茅棟，唐堯以昌。秦帝增阿房之飾，漢後罷露台之費，故漢祚延而秦禍速，自古如此，後主曾不能察，以萬乘之尊，困一夫之手，使土崩瓦解，取譏後代，以奢虐所致也。”李世民盛讚薛收言之有理。薛收病，探者相望於道李世民威風凜凜地班師回朝，李世民金盔金甲，李元吉銀盔銀甲，後有二十五將，鐵騎萬匹，吹吹打打進了城。李淵認為世民的功勞太高，前朝前代的所有官號都配不上，特地設置了天策上將一職，位在三公之上，同時還擔任著尚書令。李世民讓虞世南和薛收各寫了一個讓表，最後還是采用了薛收的。
李世民任命薛收為天策府記室參軍，後來又以本官兼文學館學士。薛收和房玄齡、杜如晦一道，成為李世民的心腹。他曾隨李世民陪李淵遊園，李淵得了一條純白色的魚，很高興，讓薛收寫個獻表，薛收抓著筆就寫，一氣嗬成，詞藻華美。
薛收對李世民也時有勸諫。李世民和李淵一樣，喜歡遊獵，薛收上書勸諫，李世民很高興，寫條子答謝道：“覽讀所陳，實悟心，今日成我，卿之力也。明珠兼乘，豈比來言，當以誡心，書何能盡。今賜卿黃金四十鋌，以酬雅意。”
可惜天不假年，薛收年紀輕輕就得了重病。武德七年，薛收病危，李世民不停地派人探問，派出去的人“相望於道”。李世民還親自和薛收握手敘話，潸然流淚。薛收終於走完了他三十三年的人生曆程，撇開綿繡前程，撒手而去。對於薛收的英年早逝，李世民萬分痛惜，“親自臨哭，哀慟左右”。李世民還寫信囑托薛收之侄薛元敬：“吾與卿叔共事，或軍旅多務，或文從容，何嚐不驅馳經略，款曲襟抱，比雖疾苦，日冀痊除，何期一朝，忽成萬古！追尋痛惋，彌用傷懷。且聞其兒子幼小，家徒壁立，未知何處安置？宜加安撫，以慰吾懷。”
隨後，李世民令著名畫家閻立本把十八學士的形象畫下來。由褚亮作讚，並注上名字、籍貫等，叫做《十八學士寫真圖》。畫到薛收時，李世民十分痛心地說：“薛收遂成故人，恨不早圖其像。”
李世民登基即位後，時常懷念才略非凡的薛收，他對房玄齡說：“薛收若在，朕當以中書令處之。”他還多次夢到薛收，不時讓人給薛收家送些糧食衣物。
薛收有文集十卷，但從文學的角度看成就不高，遠遠不及他父親薛道衡；但他的謀略卻是薛道衡所不必備的，洛陽武牢之戰的奇功足以使他名垂史冊。
薛收的兒子薛元超生於武德五年，薛收去世時，薛元超才兩歲。九歲時，薛元超襲承了父親的爵位。和他的祖父、父親一樣，薛元超也好學，文章寫得好。唐太宗對薛元超寄予厚望，把李元吉的女兒和靜縣主嫁給他，並任命他作了太子舍人。唐高宗即位時，提拔薛元超任給事中，當時薛元超才26歲。他多次上書，就當時的君臣政體和時事得失發表意見，都得到了高宗的采納。隨後，他改任中書舍人，兼任弘文館學士，兼修國史。中書省裏有一塊大石頭，薛元超的祖父薛道衡任隋內史侍郎時，常蹲在石頭上起草文章，薛元超每次看見這塊石頭都要傷心流淚。
永徽五年，薛元超因為丁母憂離職，次年擔任黃門侍郎，兼任太子左庶子。薛元超文章出眾，又愛惜人才，經常推薦寒俊之士，任希古、高智周、郭正一等十餘人都是在他的推薦下被任用的。
後來，薛元超又做過饒州刺史和東台侍郎。奸相李義府仗著武後的偏袒，公然賣官，搞得官場烏煙瘴氣，唐高宗也知道了，但他憚於武後的淫威，不敢直斥李義府，隻是委婉地勸李義府注意點影響，誰知李義府居然大發雷霆，毫無畏懼之意，一點也不把皇帝放在眼裏。皇帝從此懷恨在心。剛好李義府斂錢太急，連犯官子孫的錢都敢要，被人告發。高宗派人查證，件件是實，於是，免去李義府官職，流配州。按照老規矩，流配的人不許騎馬，薛元超卻神使鬼差般向皇上奏請允許李義府騎馬，結果也受了處分，被貶為簡州刺史。次年，唐高宗因武後專橫霸道，忍無可忍，上官儀請高宗廢武後，高宗同意，讓上官儀草詔。高宗左右的宦官侍女立刻跑去告狀，武後趕來一哭一鬧，高宗“羞縮不忍”，又怕武後怪他，把個責任全推到上官儀頭上。最後，許敬宗奏上官儀謀逆，高宗殺上官儀。從此，武後垂簾聽政，政事都由她作主，高宗隻是拱後聽命而已。
朝中與上官儀友善的官員都受了牽連，薛元超因為和上官儀是文友，也成了一大罪過，被流配州。上元初年遇赦，又作了正諫大夫，上元三年還升為中書侍郎。薛元超時常進諫，高宗都加以采納，對他的文才尤其滿意，曾對薛元超說過：“長得卿在中書，固不藉多人也。”
永隆二年，薛元超任中書令，兼任太子左庶子。唐高宗和武後去洛陽，留太子在西京長安監國，派薛元超輔佐太子。臨行前，高宗對薛元超說：“朕之留卿，如去一臂。但吾子未閑庶務，關西之事，悉以委卿。所寄既深，不得默爾。”薛元超多次勸諫太子，高宗聞知後給予嘉獎。
薛元超還是一如既往地發現和推薦人才，鄭祖玄、鄧玄挺、崔融都是他表薦的。弘道元年，薛元超因病請求退休，高宗批準了，並授給他金紫光祿大夫的稱號。這一年的冬天，薛元超去世，終年62歲。