而乙毗射匮可汗此时也彻底跟大唐翻脸，出兵支持龟兹。
唐军在西域集结重兵，郭孝恪守焉耆负责辎重，贺鲁为前锋，社尔引中军，步真和弥射押阵。
唐军总集结十万人马。
而龟兹王诃黎布失毕、丞相那利、大将羯巅亦聚众五万抵抗。
左骁卫将军、伊州刺史、伊吾军使韩威率一千骑引战，右骁卫将军曹继叔率部继后，接战，韩威引兵佯退，龟兹全军追击。
行三十里，韩威与曹继叔两军会合，回师反击，大败追击的军阵不整的龟兹军，继而乘胜追击八十里，诃黎布失毕率部退保都城。
结果半路又为弥社与步真伏击大败。
乙毗射匮可汗派兵来援，为贺鲁伏击大败。
社尔引军至龟兹都城下，诃黎布失毕弃城而逃，王城陷落。社尔引军追击六百里，再破拔焕城，诃黎布失毕和羯巅皆被擒获，唯宰相那利逃脱。那利逃奔乙毗射匮可汗处，引兵万余偷袭龟兹王城，不料驻守此处的郭孝恪早有预防。
假装无防，诱西突厥军攻入城中，然后关起城门，关门打狗。
一夜激战，斩首三千，余皆投降。
战后，唐军数路齐出，迅速扫荡龟兹诸城，连下五座大城，并七百余座小城，龟兹举国皆降，大唐夺其全境，置龟兹都督府，设龟兹军。
龟兹国遂灭亡，不复存。
于阗、疏勒、安国等诸国纷纷震动，争相向唐军运送驼马、军粮以慰问。
乙毗射匮可汗也将那利斩首，将首级送至唐营，并派使者往洛阳请罪。
在西域这边打的激烈的时候，漠北那边的薛延陀可汗夷男也不甘心寂寞，准备征召兵马要加入战团，结果兵马未至人突然暴毙。
有传言说夷男死于暗杀，也有说是暴毙。
夷男死后，其嫡子拔灼秘不发丧，假借夷男名义假传令箭召其庶兄曳莽前来。曳莽到了汗庭，拔灼才正式发丧，曵莽在葬礼后突然离开，想逃回封地，拔灼早有防范，派了卫队将他追杀，然后提着兄长的首级，正式自立为颉利俱利薛沙多弥可汗。
拔灼自称可汗后，仍决定继续父亲夷男的攻唐计划，但此时夷男新逝，曵莽也被杀，薛延陀并不安稳，有人反对出兵，性格暴戾的拔灼，直接就把这些反对出兵的部落酋长、贵族们全杀光了。
然后强行命令出兵。
薛延陀军南下，唐军故意撤走漠南边境守军，放薛延陀军越过阴山，一路到了长城脚下，正当拔灼得意之际，李道宗、薛万彻、李思力、秦国忠、程咬金等诸将，汇聚诸路兵马，分道并进，围攻薛延陀军。
拔灼在长城下强攻不下，伤亡惨重，待发现唐军四面来攻时，只得慌忙撤退，只是为时已晚，拔灼在阴山下被追上来的唐军大败，损失部众万余，牲畜无数。
拔灼越过大漠，却被回纥伏击，回纥杀死了拔灼，并将大部份随军的薛延陀贵族杀死，然后迅速袭击薛延陀部落，夺取了大量薛延陀的领地和牲畜人口。
薛延陀仅剩下五六万人马逃回部落，但此时各部有的见大势已去，想要投降大唐，有的想要继续反唐，相互之间攻伐不止，还有为了可汗之位而互相攻打的。
而这个时候，朝廷并不打算放过薛延陀。
不仅召回纥、契丹等进攻漠北薛延陀，同时令李道宗、程咬金、李思力等各路兵马继续北上，深入漠北。
混乱的薛延陀虽曾经号称控弦之士数十万，称雄漠北，但这次却在唐骑的多路围攻之下，溃不成军。
薛延陀许多部落纷纷归降，仅剩下七万多人向北撤退，立夷男侄子咄摩支为伊特勿失可汗。
然而咄摩支立，漠北铁勒诸部皆不服。
程咬金仅率二百骑兵到达铁勒九姓部，招九姓健壮，屯于郁都军山。
薛延陀酋长梯真达官率众归降，咄摩支南奔荒谷，程咬金遣萧嗣业、薛仁贵前往招慰，咄摩支穷困归顺，其余部份，仍有首鼠两端犹豫不决者，程咬金大怒，召诸胡部落兵马出击，斩首五千余级，俘虏三万余口。
程咬金押咄摩支回京师，薛延陀遂灭，朝廷在漠北设置十三州，移镇北都督府于漠北，升为镇北大都督府，以皇孙陈王李厥遥领镇北大都督，统辖管理这些边州。回纥、契苾诸部皆隶其下。
皇帝诏封咄摩支为右武卫大将军，留驻京师，侍从左右。
强大的薛延陀就此灭国，是兴也匆匆，亡也匆匆。曾经内附大唐，主动协从大唐攻打东突厥，战后趁着草原真空，迅速抢占东突厥的地盘，实力强大后便得意猖狂，不再尊附大唐，反想做草原霸主。
不料朝廷仅简单的一计，就让薛延陀的草原霸主梦碎。大唐扶持九姓铁勒中的回纥联盟，与薛延陀汗国抗衡，使的薛延陀始终无法统一铁勒诸部，更别说号令东面的契丹、奚等曾经突厥的附属。
他们错过了很多年的时间，一直在漠北转圈圈，中间还被大唐戏耍了好几回，比如让他们出兵西域，再比如答应和亲下嫁公主，最后都是一场空。
薛延陀终究没能成为突厥，更敌不过中原，夷男一死，整个薛延陀也就分崩离兮，甚至都没能经的起一败。
想比起当年突厥与中原反复纠缠的那股狠劲和韧性，无疑都差的太远。尤其是夷男之后，更是后继无人，其中拔灼在大敌当前，不思如何团结部众，反而先杀兄弟，再杀反对的酋长们，这也是他后来败的这么快的原因。
不过薛延陀汗国灭亡后，朝廷并没有再扶持一个回纥汗国。而是直接在漠北设立了十三个州，建镇北大都督府。
虽然漠北十三州都属于羁縻州，但朝廷却进一步划定回纥等诸部的界线，加以限制，要使漠北划地为界，各不相统，互不侵犯，不让漠北再有统一强大的机会。
而回纥对此没有反对，也说明回纥没有那个实力，草原经过这些年的内斗和大唐的打击，早就不再是曾经那个能时刻压迫中原的时代了，如今虽然回纥最强，但回纥也仅是草原诸部中的一部而已，他们根本没有实力敢生那个独霸漠北的野心。