，金春秋行至南川停（今韩国大田广域市一带），二十一日派太子金法敏率兵船一百艘，在德物岛（今韩国德积岛）迎接苏定方所率的唐军主力部队。双方约定唐罗两军于七月十日会师百济都城泗沘（今韩国忠清南道扶余郡）。
金春秋听到金法敏回报苏定方“军势甚盛”之时，喜不自胜，乃派金法敏和金庾信等率5万精兵出征，自己则移驻于今突城（今韩国庆尚北道尚州市一带）。金庾信在黄山伐（今韩国忠清南道论山市燕山面）与百济将领阶伯苦战，最终攻克，与唐军会师泗沘。
七月十八日，百济义慈王投降，百济灭亡。七月二十九日，金春秋移驾百济都城，八月二日与苏定方等置酒犒劳将士，并处决了当初协助百济人攻破大耶城、害死自己女儿、女婿的新罗内奸毛尺、黔日，报了二十年之宿仇。当时有传闻称唐朝阴谋袭击新罗，金庾信等力劝金春秋举兵反唐。金春秋坚决反对，他说：“唐朝为我消灭敌国，我却恩将仇报，反过来跟他打仗，上天会保佑我吗？”最终，金春秋只是加强防备，没有攻击唐军。
九月，唐军主力部队携百济王族大臣撤回，留刘仁愿镇守泗沘，金春秋也留其子金仁泰协助留守，并领兵出击百济残余势力，占领尔礼城（今韩国忠清南道论山市一带）等二十多座城池，纳入新罗版图。十一月二十二日，金春秋凯旋国都金城（今韩国庆尚北道庆州市），论功行赏，并对百济归顺人员量才录用。翌年春，百济复兴军围攻刘仁愿和金仁泰驻守的泗沘城（熊津都督府），金春秋派金品日、金文王、金良图等率军前往救援，但被百济复兴军击退。
龙朔元年（661年），唐朝准备派苏定方等进一步消灭高句丽，又命新罗配合。然而，就在这一年的六月，金春秋突然去世，未能亲眼见到高句丽的灭亡。太子金法敏继位，为金春秋上谥号武烈，庙号太宗，葬于永敬寺北。九月，金春秋的死讯传至唐朝，唐高宗为之举哀于洛城门，表示深切的哀悼。