Sau khi đăng cơ, Tùy Dạng Đế trao chức 'Tả dực vệ Đại tướng quân' (左翊衛大將軍) cho Vũ Văn Thuật, cải phong là Hứa quốc công (許國公). Năm Đại Nghiệp thứ 3 (607), Vũ Văn Thuật được thăng chức "khai phủ nghi đồng tam ti", mỗi đông chính triều hội, đều được cấp cho một bộ "cổ xúy" (đội nhạc). Cũng vào năm 607, nhằm để cho Vân Định Hưng (雲定興)- cha của sủng thiếp Vân chiêu huấn của Dương Dũng- được phục vụ trong triều đại của Dạng Đế, Vũ Văn Thuật đã thuyết phục Vân Định Hưng rằng các nhi tử của Dương Dũng cần phải chết, và sau đó thuyết phục Dạng Đế làm như vậy. Sau khi toàn bộ các nhi tử của Dương Dũng bị giết chết, Vũ Văn Thuật đã tiến cử Vân Định Hưng với Dạng Đế, Dạng Đế trao chức 'thiếu phủ thừa' cho Vân Định Hưng.

Năm 607, khi đi tuần thú cùng biên cương phía bắc, Tùy Dạng Đế đã đến quận Du Lâm (榆林, nay gần tương ứng với Du Lâm, Thiểm Tây). Các con của Vũ Văn Thuật là Vũ Văn hóa Cập và Vũ Văn Trí Cập (宇文智及) đã bí mật buôn lậu với Đột Quyết. Tùy Dạng Đế tức giận và đã hạ lệnh xử tử họ, song cuối cùng đã đổi ý và trên danh nghĩa giao họ cho Vũ Văn Thuật với thân phận gia nô.

Năm 608, quan triều Tùy là Bùi Củ đã thuyết phục người Thiết Lặc tiến công Thổ Dục Hồn, và sau khi người Thiết Lặc giành được chiến thắng, Bồ Tát Bát khả hãn Mộ Dung Phục Doãn của Thổ Dục Hồn đã đề nghị đầu hàng triều Tùy. Tùy Dạng Đế phái An Đức vương Dương Hùng (楊雄) và Vũ Văn Thuật đến tiếp ứng cho Mộ Dung Phục Doãn, tiếp nhận đầu hàng. Tuy nhiên, khi quân Tùy đến Lâm Khương (臨羌, nay thuộc Tây Ninh, Thanh Hải), Mộ Dung Phục Doãn trở nên sợ hãi trước sự hùng mạnh của quân Tùy và quyết định chạy trốn về phía tây. Vũ Văn Thuật dẫn binh truy kích, chiếm được hai thành Mạn Đầu và Xích Thủy, chém được trên 3000 thủ cấp, bắt được 200 quý tộc và 4.000 hộ Thổ Dục Hồn. Nhà Tùy đem đất cũ của Thổ Dục Hồn phân làm 4 quận, đưa những tội nhân đến đày ở đất này.

Năm 612, Vũ Văn Thuật tham gia vào cuộc viễn chinh Cao Câu Ly đầu tiên của Tùy Dạng Đế. Đại quân của Tùy Dạng Đế bao vây thành Liêu Đông (遼東, nay thuộc Liêu Dương, Liêu Ninh) của Cao Câu Ly, Vũ Văn Thuật chỉ huy một đạo quân tiến sâu về phía nam, vượt qua sông Áp Lục, thẳng hướng về quốc đô Bình Nhưỡng của Cao Câu Ly. Tuy nhiên, trên đường tiến quân, đạo quân của Thuật cạn kiệt lương thực và đã buộc phải triệt thoái, quân Cao Câu Ly thừa cơ truy kích và tiêu diệt đạo quân này. Đến khi Tùy Dạng Đế cũng phải triệt thoái, ông ta cho tống giam Vũ Văn Thuật, song vì nhớ đến quan hệ thân thiết giữa hai người nên đã không xử tử Thuật mà chỉ giáng làm thứ dân, song sau đó đã phục chức tước cho Thuật.

Năm 613, Tùy Dạng Đế tiến đánh Cao Câu Ly lần thứ hai, và lần này hoàng đế vẫn đích thân tiến đến Liêu Đông và lệnh cho Vũ Văn Thuật và Dương Nghĩa Thần tiến quân đến Bình Nhưỡng. Tuy nhiên, khi chiến dịch đang được tiến hành, tin tức Dương Huyền Cảm nổi dậy đã đến chỗ Tùy Dạng Đế, Dạng Đế đã buộc phải từ bỏ chiến dịch tiến công Cao Câu Ly. Tùy Dạng Đế phái Vũ Văn Thuật và Khuất Đột Thông (屈突通) đem quân rút về trước, củng cố lực lượng gần đông đô Lạc Dương để chống lại Dương Huyền Cảm. Vũ Văn Thuật, Khuất Đột Thông và các tướng lĩnh khác của triều Tùy đánh bại được Dương Huyền Cảm, Dương Huyền Cảm dẫn quân tiến về phía tây nhằm tiến công kinh đô Trường An. Vũ Văn Thuật và Khuất Đột Thông, Vệ Văn Thăng (衛文昇) và Lai Hộ Nhi (來護兒) đã truy kích, đuổi kịp Dương Huyền Cảm tại Hoằng Nông (弘農, nay thuộc Tam Môn Hiệp, Hà Nam) và tiêu diệt hoàn toàn quân nổi dậy của Dương Huyền Cảm. Dương Huyền Cảm nhờ tay em trai mình là Dương Tích Thiện (楊積善) để chết mà không bị rơi vào tay Thuật. Theo đề xuất của Vũ Văn Thuật, Tùy Dạng Đế đã cho xử tử Dương Tích Thiện và Vi Phúc Tự (韋福嗣)- chiến lược gia (quân sư) của Vũ Văn Thuật- theo cách thức tàn nhẫn.

Năm 615, Vũ Văn Thuật tham gia vào sự kiện đồ sát một gia đình quý tộc. Khi Vũ Văn Thuật vẫn còn làm tả vệ soái cho Thái tử Dương Quảng, Lý Hồn (李渾) tức giận trước việc cháu trai là Lý Quân (李筠) được kế tập tước Thân quốc công của cha Lý Mục (李穆), vì thế đã ám sát Lý Quân và đổ tội cho một họ hàng là Lý Cù Đàm (李瞿曇). Lý Hồn sau đó đã hối lộ cho anh rể Vũ Văn Thuật, hứa hẹn rằng nếu được kế tập tước công thì sẽ chia cho Vũ Văn Thuật một nửa số lộc thu được từ thái ấp. Vũ Văn Thái đã thuyết phục Thái tử thượng tấu với Tùy Văn Đế, kết quả Tùy Văn Đế chấp thuận cho Lý Hồn được kế tập. Tuy nhiên, sau khi nhận được tước công, Lý Hồn chỉ trả lộc cho Vũ Văn Thuật trong hai năm rồi ngừng. Vũ Văn Thuật bực tức trước việc em vợ thất hứa nên đã lên kế hoạch trả thù. Năm 615, do xuất hiện sấm ngôn "Lý thị đương vương", Tùy Dạng Đế đặc biệt nghi ngờ Lý Mẫn (李敏)- cháu trai của Lý Hồn và là phu quân của Vũ Văn Nga Anh (con của công chúa Dương Lệ Hoa chị vua) - lý do là vì Lý Mẫn có tiểu danh là "Hồng Nhi" (洪兒) hay nghĩa đen là "con của lũ", trong khi Dạng Đế từ lâu đã chiêm bao về một cơn lũ sẽ quét qua kinh thành. Dạng Đế do đó gợi ý Lý Mẫn nên tự vẫn, song Lý Mẫn không làm như vậy. Sau đó, Vũ Văn Thuật đã lệnh cho Bùi Nhân Cơ (裴仁基) vu cáo Lý Hồn có âm mưu làm phản. Dạng Đế cho Vũ Văn Thuật phụ trách điều tra, Vũ Văn Thuật đã ngụy tạo chứng cứ và thuyết phục Nga Anh rằng Dạng Đế sẽ bằng mọi cách giết chết các nhân vật họ Lý, và rằng bà nên tự cứu lấy mình. Vũ Văn Nga Anh đã viết một bức thư thú tội liên quan cả đến Lý Hồn và Lý Mẫn, kết quả là hai người này và 32 thành viên trong tộc đều bị xử tử, những thành viên khác bị đưa đi lưu đày, Nga Anh cũng bị hạ độc vài tháng sau.

Vào mùa thu năm 615, khi Vũ Văn Thuật tháp tùng Tùy Dạng Đế đi tuần thú các châu phía bắc, Thủy Tất khả hãn của Đông Đột Quyết đã tập kích bao vây Dạng Đế tại Nhạn Môn (雁門, nay thuộc Hãn Châu, Sơn Tây). Vũ Văn Thuật đã đề xuất với Dạng Đế rằng hãy chọn vài nghìn kị binh để tiến hành phản kích phá vây, song Tô Uy (蘇威) và Phàn Tử Cái (樊子蓋) đã thuyết phục Dạng Đế làm theo cách khác. Sau khi quân Đông Đột Quyết rời đi, Tô Uy đã thỉnh Dạng Đế trở về Trường An, song Dạng Đế đã nghe theo đề xuất của Vũ Văn Thuật mà đến Lạc Dương. Cũng trong năm 615, Vũ Văn Thuật được phong chức 'tả đồn vệ đại tướng quân'.

Vào mùa thu năm 616, hầu hết lãnh thổ Tùy đều nổ ra các cuộc nổi dậy, khi được Dạng Đế hỏi về tình thế hiện thời, Vũ Văn Thuật đã xoa dịu Dạng Đế, bẩm báo rằng các cuộc nổi dậy phần lớn đã bị dập tắt. Tuy nhiên, Tô Uy lại bẩm báo một cách trung thực rằng các cuộc nổi dậy là một vấn đề nghiêm trọng. Tùy Dạng Đế không muốn nghe các tin tức xấu nên đã tính đến việc giết Tô Uy, song cuối cùng chỉ giáng Tô Uy làm thứ dân. Không lâu sau đó, nhận thấy Tùy Dạng Đế muốn đến Giang Đô, thủ phủ của Dương châu, Vũ Văn Thuật đã chính thức kiến nghị việc này, Tùy Dạng Đế chấp thuận. Vũ Văn Thuật tháp tùng Dạng Đế đến Giang Đô song sau lại lâm bệnh, qua đời vào mùa đông năm 616. Theo di nguyện của Vũ Văn Thuật, Tùy Dạng Đế xá tội cho Vũ Văn hóa Cập và Vũ Văn Trí Cập, cho họ làm quan trong triều.