公元６３０年，李靖親自率領三千精銳騎兵，從馬邑出發，趁頡利不防備，連夜進軍，逼近突厥營地。頡利毫無防備，發現唐軍突然出現，大驚失色。將士們也慌了手腳，說：“這次一定是唐朝發動全國兵力來了，要不然，李靖怎敢孤軍深入呢？”

　　還沒有到唐軍發起攻擊，突厥兵先亂了起來。李靖又派間諜混進突厥內部活動，說服頡利一個心腹將領投降。頡利一看形勢不妙，就偷偷逃跑了。

　　李靖攻下定襄，得勝回朝，唐太宗十分高興，說：“從前漢朝李陵帶兵五千，結果不幸被匈奴所俘虜；現在你以三千輕騎深入敵人后方，克服定襄，威震北方，這是自古以來少有的盛事啊！”

　　頡利逃到陰山以北，怕唐軍繼續追趕，派使者到長安求和，還說要親自朝見。唐太宗一面派唐儉到突厥，表示安撫；

　　另一方面又命令李靖帶兵前去察看頡利動靜。

　　李靖領兵到白道（在今內蒙古呼和浩特西北）和徐世勣會師。兩個人商量怎樣對付。李靖說：“頡利雖然打了敗仗，但是手下人馬不少。如果讓他逃跑，以后我們再要追他，就很困難了。我們只要選一萬精兵，帶二十天糧，跟蹤襲擊，一定能把頡利活捉住。”徐世勣也贊成這個意見。兩支軍隊就向陰山進發。

　　頡利可汗求和實際上只是緩兵之計，想等草青馬肥季節來到，再逃到漠北。他看到唐儉來到，以為唐太宗中了他的計，暗暗高興，防備也自然松懈下來。

　　當天晚上，李靖和徐世勣率領唐軍到了陰山，命令部將蘇定方率領二百名輕騎，冒著夜霧悄悄進軍。到突厥前哨發現唐軍的時候，唐軍離開頡利營帳只有七里地了。

　　頡利得知唐軍騎兵來到，趕快找唐儉，唐儉已經瞅機會脫身回到唐營。頡利慌忙騎上他的千里馬逃走。李靖指揮唐軍追殺，突厥兵沒有主帥，亂成一團。唐軍殲滅突厥兵一萬多，還俘獲大批俘虜和牲畜。

　　頡利東奔西逃，最后帶著幾個親兵躲在荒山里，被他的部下抓住后交給唐軍，后來被押送到長安。

　　一度很強大的東突厥滅亡了。唐太宗并沒有殺死俘虜。在東突厥原地設立了都督府，讓突厥貴族擔任都督，由他們管理突厥各部。

　　這次勝利，提高了唐太宗在西北各族中的威信。這一年，回紇等各族首領一起來到長安，朝見唐太宗，擁護唐太宗為他們的共同首領，尊稱他是“天可汗”。

　　打那以后，西域各族人和亞洲許多國家的人，不斷來到長安。在這一時期，我國高僧玄奘（音ｚàｎｇ）和尚也通過西域各國到天竺去。