回京后任尚書左丞，改任吏部侍郎，以稱職聞名。
大業初年，西域各國都到張掖縣城開展商貿活動，煬帝楊廣命令裴矩去監管。裴矩知道煬帝正在謀劃吞并西域，就向各族商人考察各國的風俗習慣、地理環境，撰寫《西域圖記》三卷，包括四十四個國家，共分三條路線：北路從伊吾開始，途經蒲類、鐵勒、突厥可汗的王宮，橫渡向北的河流到拂林艸；中路從高昌、焉耆、龜茲、疏勒開始，跨越蔥嶺，途經钅發汗、蘇對沙那、康、曹、何、大小安、穆各國，到波斯；南路從善阝善、于闐、朱俱波、喝陀開始，也跨過蔥嶺，途經護密、吐火羅、挹怛、忄凡延、漕國，到北婆羅門。都到西海為止。各國之間也有大路通達。
回京后，獻給了煬帝。煬帝把裴矩帶進內宮，詢問西域的情況，裴矩極力鼓吹：“西域有豐富的奇珍異寶，百姓世代定居，容易吞并。”煬帝從此醉心于征服西域，委托裴矩策劃。后任命他為黃門侍郎，參與處理朝廷政務。
大業三年(607)，煬帝到恒山祭天，前來參加祭祀的西域國家有十多個。裴矩派人游說高昌王鞠伯雅、伊吾吐屯設等，用厚利引誘，使得他們歸附了隋朝。
煬帝到西部邊境巡視燕支山時，高昌等二十七個國家首領在路邊拜見，要他們都佩戴金銀珠寶，穿著絲綢毛料禮服，演奏音樂唱歌跳舞，命令青年男女穿上華麗衣裳縱情游樂，四周延綿幾十里，顯示中國富強。后來打敗了吐谷渾，擴展了幾千里土地，派軍隊去防守，每年運輸物資的費用以萬萬計算。煬帝由于裴矩具有招撫外族國家的謀略，賜給銀青光祿大夫爵位。煬帝巡視洛陽時，裴矩認為朝拜進貢的外國使節很多，婉言要求煬帝招集天下技藝高超的人，聲勢壯觀地擺在皇宮正南的端門前邊表演，穿著鮮艷絲綢、戴著金玉首飾的紅男綠女十多萬人，詔令文武百官和洛陽居民用綢緞裝飾街道兩邊的房舍屋宇，穿上光彩華麗的服裝。貨棧商店都設置帷帳，擺上豐盛的美酒佳肴。翻譯官員鼓勵外國商人跟中國百姓做生意，所到之處都讓店家請去吃喝，一起娛樂。外國來賓贊嘆，說中國是“仙晨帝所(天堂)”。煬帝稱贊裴矩忠誠，對宇文述、牛弘說“：裴矩的建議，都是我的心愿，我還沒有說出來，他就向我建議了，如果不是全心全意報效國家，誰能做到這樣？”他又幫助在伊吾筑起了城池，逼迫處羅歸順了隋朝。煬帝更加高興，把貂皮襖和西域的珍貴器物賞賜給他。裴矩隨從煬帝到北部邊境巡視，視察了啟民可汗的營帳。當時高麗派遣的使者已先到了突厥，啟民可汗帶領他拜見煬帝。裴矩乘機稟奏說“：高麗本來就是孤竹國，周天子把它封給箕子，漢朝把它分成了三個郡，如今卻不做隋朝的屬國，先帝憎恨它，老早就想討伐了。在陛下這代，怎能無所作為？如今它的使者朝拜突厥，親眼看到啟民可汗全國都做隋朝的臣民，威脅它歸附隋朝，是辦得到的。請陛下當面命令它的使者，叫他回去告訴國王，如果聚眾抗拒，就率領突厥軍隊一起討伐。”煬帝采納了他的意見。高麗不接受命令，征討遼東從此開始。隋軍兩次征討遼東，裴矩都參加了，由于立功，晉升為右光祿大夫。
當時法紀混亂，宇文述、虞世基當權，人們用賄賂手段升官，惟獨裴矩堅守節操沒有不潔的名聲，人們很是稱贊他。
裴矩根據始畢可汗兵眾日益強盛的形勢，建議定一名皇族姑娘嫁給叱吉設，扶持他稱南突厥的可汗，分化突厥的力量。叱吉設不敢這樣干。始畢可汗知道了這事，非常怨恨。裴矩又出主意：“突厥人頭腦簡單，容易挑起內部矛盾，不過王宮里有各族人才指導他們。我聽說史蜀胡悉最有謀略，深受始畢可汗信任，請讓我殺掉他。”煬帝說“：好。”裴矩于是詐稱召見史蜀胡悉接受賞賜，在馬邑縣殺了他，通報始畢可汗說：“史蜀胡悉背叛您，是我們共同憎恨的人，現在已經殺掉。”始畢可汗知道真實情況，從此不再朝拜隋朝。后來煬帝巡視北部邊境，始畢可汗率領十萬騎兵將煬帝圍困在雁門關，煬帝命令裴矩和虞世基住在行宮隨時等待咨詢。雁門解圍后，裴矩跟隨煬帝到了江都行宮。當時叛亂隊伍蜂群般集結，郡縣向朝廷舉報的無法統計，裴矩報告了煬帝。煬帝發火了，派他回京，因為生病才收回了詔令。不久，高祖李淵進入長安，煬帝命令虞世基向裴矩詢問對策，裴矩說：“只希望陛下早點回京，天下就安定了。”
裴矩性情勤勉謹慎，還不曾得罪過人，眼看天下開始動亂，對待別人特別厚道，即使是奴仆都得到他的好意。這時，煬帝的警衛將士多次逃跑，他很發愁，詢問裴矩怎么辦。裴矩說“：至今車馬滯留江都已經兩年，將士們都沒有家室，人沒有配偶，就不能長久安定，我請陛下聽任將士們娶妻納妾。”煬帝笑著說“：您的主意真多。”于是命令裴矩把江都的姑娘、寡婦都招集攏來，只要將士喜愛，就嫁給他，人們的情緒一下子穩定下來，都高興地說“：這是裴大人的恩惠！”宇文化及殺死了煬帝，叛軍劫持了裴矩。他們都說：“裴黃門別猶豫了。”后來叛軍立秦王的兒子楊浩繼嗣隋朝帝位，詔令裴矩任侍內，隨軍北上。宇文化及篡奪了帝位，任命裴矩為代理尚書右仆射，任河北道安撫大使。竇建德打敗宇文化及后，裴矩又被竇建德捉住，竇建德認為裴矩是隋朝舊臣，對他很寬厚。竇建德從民間造反起家，沒有君臣禮儀制度，裴矩替他全面制定朝廷禮儀，不到一個月，按照帝王的規格建立了法律規章，竇建德很敬重他。
竇建德失敗后，裴矩歸降唐朝，被提拔為殿中侍御史，封為安邑縣公。先后改任太子詹事、檢校侍中。當時突厥多次到邊境搶掠，高祖派遣使者邀請西突厥訂立和約，突厥乘機要求聯姻。高祖說“：突厥的發展趨勢會跟我們絕交，事情一緊急就不會聽我的，怎么辦？”裴矩說“：不過北方各族氣焰正高，年年為邊境不安定而傷腦筋，如果暫且順應，表示把它當作友好力量，等我們軍事設施完備、軍需物資充實之后再改變戰略。”高祖同意他的計策。隱太子李建成玄武門被殺以后，他的同伙還要保衛東宮不愿散去。秦王李世民派裴矩去明確開導他們，他們才服從命令。接著升任民部尚書。
太宗李世民登上帝位，憎恨貪官污吏，打算嚴厲懲處他們，就暗中派人向各部門官員贈送財物，有一個司門令史接受了一匹細絹，太宗發怒，命令殺掉他。
裴矩說“：官吏接受賄賂，處死本來應當。
不過陛下是用計謀誘騙他，憑這就要處以死刑，就成了所說的用罪名陷害別人，不符合用道德來教育他的情理。”太宗聽了很高興，向朝臣們講了這件事，說“：裴矩能做到在朝廷當眾對我強諫，不肯當面阿諛逢迎，人人都像這樣，天下還會不太平嗎？”裴矩八十歲了，精細明察記憶力強，通曉歷史舊事，很受人們推崇尊重。他于貞觀元年(627)去世，被追認為絳州刺史，謚號為“敬”。
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