而乙毗射匱可汗此時也徹底跟大唐翻臉，出兵支持龜茲。
唐軍在西域集結重兵，郭孝恪守焉耆負責輜重，賀魯爲前鋒，社爾引中軍，步真和彌射押陣。
唐軍總集結十萬人馬。
而龜茲王訶黎布失畢、丞相那利、大將羯獵巔亦聚衆五萬抵抗。
左驍衛將軍、伊州刺史、伊吾軍使韓威率一千騎引戰，右驍衛將軍曹繼叔率部繼後，接戰，韓威引兵佯退，龜茲全軍追擊。
行三十里，韓威與曹繼叔兩軍會合，回師反擊，大敗追擊的軍陣不整的龜茲軍，繼而乘勝追擊八十里，訶黎布失畢率部退保都城。
結果半路又爲彌社與步真伏擊大敗。
乙毗射匱可汗派兵來援，爲賀魯伏擊大敗。
社爾引軍至龜茲都城下，訶黎布失畢棄城而逃，王城陷落。社爾引軍追擊六百里，再破拔煥城，訶黎布失畢和羯獵巔皆被擒獲，唯宰相那利逃脫。那利逃奔乙毗射匱可汗處，引兵萬餘偷襲龜茲王城，不料駐守此處的郭孝恪早有預防。
假裝無防，誘西突厥軍攻入城中，然後關起城門，關門打狗。
一夜激戰，斬首三千，餘皆投降。
戰後，唐軍數路齊出，迅速掃蕩龜茲諸城，連下五座大城，並七百餘座小城，龜茲舉國皆降，大唐奪其全境，置龜茲都督府，設龜茲軍。
龜茲國遂滅亡，不復存。
于闐、疏勒、安國等諸國紛紛震動，爭相向唐軍運送駝馬、軍糧以慰問。
乙毗射匱可汗也將那利斬首，將首級送至唐營，並派使者往洛陽請罪。
在西域這邊打的激烈的時候，漠北那邊的薛延陀可汗夷男也不甘心寂寞，準備徵召兵馬要加入戰團，結果兵馬未至人突然暴斃。
有傳言說夷男死於暗殺，也有說是暴斃。
夷男死後，其嫡子拔灼秘不發喪，假借夷男名義假傳令箭召其庶兄曳莽前來。曳莽到了汗庭，拔灼才正式發喪，曵莽在葬禮後突然離開，想逃回封地，拔灼早有防範，派了衛隊將他追殺，然後提着兄長的首級，正式自立爲頡利俱利薛沙多彌可汗。
拔灼自稱可汗後，仍決定繼續父親夷男的攻唐計劃，但此時夷男新逝，曵莽也被殺，薛延陀並不安穩，有人反對出兵，性格暴戾的拔灼，直接就把這些反對出兵的部落酋長、貴族們全殺光了。
然後強行命令出兵。
薛延陀軍南下，唐軍故意撤走漠南邊境守軍，放薛延陀軍越過陰山，一路到了長城腳下，正當拔灼得意之際，李道宗、薛萬徹、李思力、秦國忠、程咬金等諸將，匯聚諸路兵馬，分道並進，圍攻薛延陀軍。
拔灼在長城下強攻不下，傷亡慘重，待發現唐軍四面來攻時，只得慌忙撤退，只是爲時已晚，拔灼在陰山下被追上來的唐軍大敗，損失部衆萬餘，牲畜無數。
拔灼越過大漠，卻被回紇伏擊，回紇殺死了拔灼，並將大部份隨軍的薛延陀貴族殺死，然後迅速襲擊薛延陀部落，奪取了大量薛延陀的領地和牲畜人口。
薛延陀僅剩下五六萬人馬逃回部落，但此時各部有的見大勢已去，想要投降大唐，有的想要繼續反唐，相互之間攻伐不止，還有爲了可汗之位而互相攻打的。
而這個時候，朝廷並不打算放過薛延陀。
不僅召回紇、契丹等進攻漠北薛延陀，同時令李道宗、程咬金、李思力等各路兵馬繼續北上，深入漠北。
混亂的薛延陀雖曾經號稱控弦之士數十萬，稱雄漠北，但這次卻在唐騎的多路圍攻之下，潰不成軍。
薛延陀許多部落紛紛歸降，僅剩下七萬多人向北撤退，立夷男侄子咄摩支爲伊特勿失可汗。
然而咄摩支立，漠北鐵勒諸部皆不服。
程咬金僅率二百騎兵到達鐵勒九姓部，招九姓健壯，屯於鬱都軍山。
薛延陀酋長梯真達官率衆歸降，咄摩支南奔荒谷，程咬金遣蕭嗣業、薛仁貴前往招慰，咄摩支窮困歸順，其餘部份，仍有首鼠兩端猶豫不決者，程咬金大怒，召諸胡部落兵馬出擊，斬首五千餘級，俘虜三萬餘口。
程咬金押咄摩支回京師，薛延陀遂滅，朝廷在漠北設置十三州，移鎮北都督府於漠北，升爲鎮北大都督府，以皇孫陳王李厥遙領鎮北大都督，統轄管理這些邊州。回紇、契苾諸部皆隸其下。
皇帝詔封咄摩支爲右武衛大將軍，留駐京師，侍從左右。
強大的薛延陀就此滅國，是興也匆匆，亡也匆匆。曾經內附大唐，主動協從大唐攻打東突厥，戰後趁着草原真空，迅速搶佔東突厥的地盤，實力強大後便得意猖狂，不再尊附大唐，反想做草原霸主。
不料朝廷僅簡單的一計，就讓薛延陀的草原霸主夢碎。大唐扶持九姓鐵勒中的回紇聯盟，與薛延陀汗國抗衡，使的薛延陀始終無法統一鐵勒諸部，更別說號令東面的契丹、奚等曾經突厥的附屬。
他們錯過了很多年的時間，一直在漠北轉圈圈，中間還被大唐戲耍了好幾回，比如讓他們出兵西域，再比如答應和親下嫁公主，最後都是一場空。
薛延陀終究沒能成爲突厥，更敵不過中原，夷男一死，整個薛延陀也就分崩離兮，甚至都沒能經的起一敗。
想比起當年突厥與中原反覆糾纏的那股狠勁和韌性，無疑都差的太遠。尤其是夷男之後，更是後繼無人，其中拔灼在大敵當前，不思如何團結部衆，反而先殺兄弟，再殺反對的酋長們，這也是他後來敗的這麼快的原因。
不過薛延陀汗國滅亡後，朝廷並沒有再扶持一個回紇汗國。而是直接在漠北設立了十三個州，建鎮北大都督府。
雖然漠北十三州都屬於羈縻州，但朝廷卻進一步劃定回紇等諸部的界線，加以限制，要使漠北劃地爲界，各不相統，互不侵犯，不讓漠北再有統一強大的機會。
而回紇對此沒有反對，也說明回紇沒有那個實力，草原經過這些年的內鬥和大唐的打擊，早就不再是曾經那個能時刻壓迫中原的時代了，如今雖然回紇最強，但回紇也僅是草原諸部中的一部而已，他們根本沒有實力敢生那個獨霸漠北的野心。