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、大将羯猎巅亦聚众五万抵抗。
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，诃黎布失毕和羯猎巅皆被擒获，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。