李靖亲自率领的北路军进展顺利。
不几天，其部将薛孤儿于曼头山击败吐谷浑军，杀其名王，用缴获的大批牛羊充作军食。
接着李靖的主力军也先后于牛心堆、赤水源两次大败吐谷浑军。侯君集、李道宗所率南路军进展也很迅速，他们深入荒漠二千余里。
这里荒无人烟，温差变化大，有时酷热难忍，有时寒冷得令人颤栗。有时无水，他们只能刺马饮血解渴。唐军克服了种种困难，长途奔袭。
到了五月，终于在乌海追上了伏允可汗，又大败其军，俘获了其名王。薛万均等于赤海也打败了吐谷浑的天柱王军。
李靖都督各军继续进击，又连战告捷。李大亮军于蜀浑山击败吐谷浑军，获其名王二十人。
部将执失思力也在居茹川击败吐谷浑军。唐军乘胜进军，经过积石山河源，一直打到吐谷浑西陲且。吐谷浑军的部将契苾何力追击伏允可汗，破其牙帐，杀数千人，缴获牛羊二十多万头，并俘虏了其妻子。
伏允可汗率一千多骑兵逃到碛中，已到了山穷水尽的地步，部下纷纷离散。
不久，伏允可汗为部下所杀。其长子大宁王慕容顺杀死天柱王，率众降唐。
李靖率军经过了两个月的浴血奋战，攻灭了吐谷浑，并向京师告捷。唐朝为了控制吐谷浑旧境，封慕容顺为西平郡王、趉故吕乌甘豆可汗，并留下李大亮协助防守。
李靖在进击吐谷浑时，盐泽道总管高甑生未按期到达，贻误了军机，受到李靖的责备。
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