十月十三日，张仁愿奉命率军进击突厥，唐军到达军所后，突厥军已退，张仁愿乘势追击掠夺陇右监牧马匹的突厥叛众，夜掩其营，大破突厥军，重新夺回了被掠的监牧马匹。
景龙二年（708年）三月，默啜统帅全军西击突骑施（西突厥部落，当时勃兴于西北），北方兵力空虚。张仁愿利用此机遇，上疏请求乘虚夺取漠南之地，在黄河以北修筑三座首尾相应的“三受降城”，即可断绝突厥的南侵之路。因为朔方军（治夏州，今内蒙古乌审旗南白城子）以前与突厥一直以黄河（在今内蒙古黄河弯曲段）为界，唐军守河南，突厥守河北。河北岸有一拂云祠，突厥每次发兵，都要去祠中祈祷，然后再发兵南下。
奏疏送至京城后，唐中宗召集大臣商议对策。太子少师唐休璟认为：“两汉已来，皆北守黄河，今于寇境筑城，恐劳人费功，终为贼虏所有。”（《新唐书·张仁愿列传》）因而表示反对。但张仁愿认为机会千载难遇，所以执意请求，最后中宗答应了仁愿的请求。张仁愿又上表请求将戍边岁满的兵士留下来，以加快工程进度。当时有200名咸阳籍（今陕西咸阳东）士兵不愿筑城，集体逃走，结果被擒获，为严肃军纪，张仁愿将其全部处斩，一时“军中股栗”，无不尽力。经过唐军将士的努力，唐军只用60天便将三城全部筑成。以拂云祠为中受降城（在今内蒙古包头西），与东、西两受降城相去各400余里，皆据要津，遥相应接，向北拓地300余里。又于牛头朝那山（今内蒙古固阳东）北设置烽侯1800所，以左玉钤卫将军论弓仁为朔方军前锋游弈使，戎守诺真水（今内蒙古达尔罕茂明安联合旗境），搜索警戒。从此，突厥不敢度山（阴山）畋牧，朔方从此不再受其攻掠，并减省镇戍兵数万人。
张仁愿初建三城时，即没有设计出壅门（悬门），也没有装备守城的器械。有人不解：“此边城御贼之所,不为守备，何也？”张仁愿回答道：“兵贵在攻取，不宜退守。寇若至此，即当并力出战，回顾望城，犹须斩之，何用守备生其退恧之心也？”（《新唐书·张仁愿列传》）后来常元楷担任朔方军总管时，才开始修筑三城悬门。人们因此推重张仁愿而轻视常元楷。
三座受降城的筑成，在当时具有十分重要的意义。首先，受降城有效地遏制住了后突厥的南侵，并拓地300余里，结束了唐朝在与后突厥数十年战争中被动挨打的局面，有着极大的战略价值。其次，三城的筑成，使朝廷减兵数万，结省了大量的军费，有利于社会的稳定。最后，受降城不仅在当时发挥了作用，后世也是受益非浅，唐宪宗时期的大臣李绛、卢坦就曾说：“受降城，张仁愿所筑，当碛口，据虏要冲，美水草，守边之利地。”（《资治通鉴·卷第二百三十九》）吕温还写有《三受降城碑铭》来歌颂张仁愿。
不久，张仁愿回朝任职。七月初三，张仁愿升任同中书门下三品，成为宰相，并拜左卫大将军，封韩国公。同年秋，张仁愿再次督军备边，中宗李显还亲自赋诗为其饯行，赏赐无数。后又迁镇军大将军、右武卫大将军。
景龙四年（710年）六月二日，唐中宗被韦后和安乐公主合谋毒死，唐殇帝即位，韦后临朝称制。不久，相王李旦第三子李隆基与其姑太平公主发动政变，废殇帝，杀韦后，扶李旦即位，是为唐睿宗，改元景云。
七月十八日，张仁愿被降为左卫大将军，后以老致仕。不久又拜兵部尚书，加光禄大夫，依旧致仕。
开元二年（714年）年六月初十（公元714年7月25日），张仁愿因病去世。朝廷追赠他为太子少傅，傅物二百段，命五品官一人为监护使。其子张之辅开元初官拜赵州（治平棘，今河北赵县）刺史。
点评：张仁愿为将，号令严明，赏罚分明，御敌有方。唐朝宰相中，文武兼修者，唯有李靖、郭元振、唐休璟、张仁愿四人。张仁愿还知人善任，在朔方任职期间，先后用御史张敬忠、何鸾、长安尉寇泚、鄠尉王易从、始平主簿刘体微等人分掌军事，用太子文学柳彦昭为管记，义乌尉晁良贞为随机，这些人后来都闻名于世，做上了大官.
相关信息<div>