第二年，爨翫又反叛。蜀王杨秀弹劾史万岁受贿纵贼，致生边患，毫无大臣气节。隋文帝下令严查此事，查对属实，其罪当死。隋文帝责问他：“受金放贼，重劳士马。朕念将士暴露，寝不安席，食不甘味，卿岂社稷臣也？”史万岁辩解说：“臣留爨翫者，恐其州有变，留以镇抚。臣还至泸水，诏书方到，由是不将入朝，实不受赂。”隋文帝见史万岁心有欺隐，大怒道：“朕以卿为好人，何乃官高禄重，翻为国贼也？”并对有司说：“明日将斩之”(《隋书-史万岁列传》)。史万岁惧而服罪，向隋文帝顿首请命。左仆射高颎和左卫大将军元旻等见他已认罪，便也为他说情：“史万岁雄略过人，每行兵用师之处，未尝不身先士卒，尤善抚御，将士乐为致力，虽古名将未能过也”(《隋书-史万岁列传》)。隋文帝听后，怒气稍解，将他削官为民。一年后，恢复官爵，授河州(今甘肃省临夏东北)刺史，兼领行军总管，以防备胡人来犯。
隋开皇十九年(599年)，突厥都兰可汗被部下所杀，其部落大乱。为挽救突厥颓势，达头可汗自立为步迦可汗，于开皇二十年(600年)四月率兵进犯隋边。隋文帝命晋王杨广、尚书右仆射杨素出灵州(治回乐，今宁夏灵武西南)，汉王杨谅与史万岁出朔州(治善阳，今山西朔县)，合击步迦可汗。史万岁率柱国张定和、大将军李药王、杨义臣出塞，军至大斤山(即今内蒙大青山)，与步迦可汗军遭遇。步迦可汗派人问：“隋将为谁？”侦察骑兵报告说：“史万岁也。”步迦可汗又问：“得非敦煌戍卒乎？”侦察骑兵说：“是也”(《隋书-史万岁列传》)。步迦确定隋军统兵将帅是当年威震敦煌的史万岁后，慌忙引军回撤。史万岁挥马追击百余里，大破突厥军，斩杀数千。又继续跟踪追入沙漠数百里，凯旋而归。
史万岁自大斤山回京后，杨素妒忌其功，在隋文帝面前谮言史万岁，说：“突厥本降，初不为寇，来于塞上畜牧耳”(《隋书-史万岁列传》)。遂埋没其功，不予褒奖。史万岁数次上表陈述，隋文帝仍未醒悟。此时隋文帝从仁寿宫初还京师，并刚废掉太子杨勇，所以严防东宫结党谋变。隋文帝问史万岁现在何处，其时史万岁正在朝堂，但杨素见隋文帝正怒，却故意说：“万岁谒东宫矣”(《隋书-史万岁列传》)。以激怒隋文帝。隋文帝果然信以为真，立即下令召见史万岁。当时出征将士数百人在朝称冤，史万岁对众人说：“吾今日为汝极言于上，事当决矣”(《隋书-史万岁列传》)。史万岁见到隋文帝后，说：“将士有功，为朝廷所抑”(《资治通鉴-卷第一百七十九》)！言辞愤激，有忤于上。杨坚越发震怒，令武士将史万岁暴杀于朝堂。既而后悔，但已追之不及。只好下诏加罪于史万岁：“柱国、太平公万岁，拔擢委任，每总戎机。往以南宁逆乱，令其出讨。而昆州刺史爨玩包藏逆心，为民兴患。朕备有成敕，令将入朝。万岁乃多受金银，违敕令住，致爨玩寻为反逆，更劳师旅，方始平定。所司检校，罪合极刑，舍过念功，恕其性命，年月未久，即复本官。近复总戎，进讨蕃裔。突厥达头可汗领其凶众，欲相拒抗，既见军威，便即奔退，兵不血刃，贼徒瓦解。如此称捷，国家盛事，朕欲成其勋庸，复加褒赏。而万岁、定和通簿之日，乃怀奸诈，妄称逆面交兵，不以实陈，怀反覆之方，弄国家之法。若竭诚立节，心无虚罔者，乃为良将，至如万岁，怀诈要功，便是国贼，朝宪难亏，不可再舍”(《隋书-史万岁列传》)。死之日(十月初九，即公元600年11月20日)，天下人闻者，识与不识，莫不冤惜。有子史怀义。
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