貞觀三年（己丑、公元六二九年）八月，薛延陀毘伽可汗遣其弟統特勒入貢，太宗賜以寶刀及寶鞭，暗示在軍事上全力支持毘伽可汗。頡利可汗因此大懼，遣使要求稱臣，且請求和唐室和親。
丙子，薛延陀毘伽可汗遣其弟統特勒入貢，上賜以寶刀及寶鞭，謂曰：「卿所部有大罪者斬之，小罪者鞭之。」夷男甚喜。突厥頡利可汗大懼，始遣使稱臣，請尚公主，修婿禮。（資治通鑑卷一百九十三）
丁亥，太宗終於命兵部尚書李靖為行軍總管討伐頡利可汗，以張公謹為副。
代州都督張公謹上言突厥可取之狀，以為：「頡利縱欲逞暴，誅忠良，暱奸佞，一也。薛延陀等諸部皆叛，二也。突利、拓設、欲谷設皆得罪，無所自容，三也。塞北霜早，餱糧乏絕，四也。頡利疏其族類，親委諸胡，胡人反覆，大軍一臨，必生內變，五也，華人入北，其眾甚多，比聞所在嘯聚，保據山險，大軍出塞，自然響應，六也。」上以頡利可汗既請和親，復援梁師都，丁亥，命兵部尚書李靖為行軍總管討之，以張公謹為副。（資治通鑑卷一百九十三）
九月，突厥俟斤九人率領三千騎來降。戊午，拔野古、僕骨、同羅、奚等酋長亦領其部眾來降。
九月，丙午，突厥俟斤九人帥三千騎來降。戊午，拔野古、僕骨、同羅、奚酋長並帥眾來降。（資治通鑑卷一百九十三）
突厥雖曾寇河西，卻為公孫武達等人所破。
冬，十一月，辛丑，突厥寇河西，肅州刺史公孫武達、甘州刺史成仁重與戰，破之，捕虜千餘口。（資治通鑑卷一百九十三）
太宗派李世勣、李靖、柴紹、薛萬徹分四路出擊突厥。其中李靖為眾人之首。四路大軍合計共十餘萬人。
庚申，以并州都督李世勣為通漢道行軍總管，兵部尚書李靖為定襄道行軍總管，華州刺史柴紹為金河道行軍總管，靈州大都督薛萬徹為暢武道行軍總管，眾合十餘萬，皆受李靖節度，分道出擊突厥。（資治通鑑卷一百九十三）
任城王李道宗亦有參與打擊東突厥之戰事。
乙丑，任城王道宗擊突厥於靈州，破之。（資治通鑑卷一百九十三）
十二月，戊辰，突利可汗終於入朝。
十二月，戊辰，突利可汗入朝，上謂侍臣曰：「往者太上皇以百姓之故，稱臣於突厥，朕常痛心。今單于稽顙，庶幾可雪前恥。」（資治通鑑卷一百九十三）
由太宗言「往者太上皇以百姓之故，稱臣於突厥，朕常痛心。」，可見唐高祖確曾向東突厥稱臣。近人陳寅恪在＜論唐高祖稱臣於突厥事＞（收錄於《寒柳堂集》）一文中，曾據此條文字謂高祖曾臣服於突厥，可謂獨具慧眼。
庚寅，突厥郁射設率領部眾來降。
庚寅，突厥郁射設帥所部來降。（資治通鑑卷一百九十三）
貞觀四年（庚寅，公元六三零年）春，正月，李靖率領驍騎三千自馬邑進兵惡陽嶺，夜襲定襄，大破東突厥之軍隊。
春，正月，李靖帥驍騎三千自馬邑進屯惡陽嶺，夜襲定襄，破之。（資治通鑑卷一百九十三）
頡利可汗初時未有為意李靖驟然而至。其見李靖孤軍深入，深恐唐室傾盡全國之力對付自己。由是，頡利心生憂慮，「一日數驚」，其更因此將牙帳徙至磧口。
突厥頡利可汗不意靖猝至，大驚曰：「唐不傾國而來，靖何敢孤軍至此！」其從一日數驚，乃徙牙於磧口。（資治通鑑卷一百九十三）
李靖派遣間諜以離間頡利之心腹，結果，頡利親信康蘇密以隋蕭后及煬帝之孫政道來降。
靖復遣諜離其心腹，頡利所親康蘇密以隋蕭后及煬帝之孫政道來降。乙亥，至京師。（資治通鑑卷一百九十三）
蕭后於隋亡後為竇建德送至突厥，至是才返回長安。而由太宗未有對蕭后加以治罪，可見太宗之寬仁。
先是，有降胡言「中國人或潛通書啟於蕭后者」。至是，中書舍人楊文瓘請鞫之，上曰：「天下未定，突厥方強，愚民無知，或有斯事。今天下已安，既往之罪，何須問也！」（資治通鑑卷一百九十三）
李世勣、李靖等人加強對東突厥之攻擊，二人先後取得軍事上的勝利。
李世勣出雲中，與突厥戰於白道，大破之。（資治通鑑卷一百九十三）
甲辰，李靖破突厥頡利可汗於陰山。（資治通鑑卷一百九十三）
關於李靖大破頡利可汗於陰山，又有一段故事可說。且說頡利於定襄為李靖所敗後，其即率領部眾數萬竄入鐵山。頡利初時派遣執失思力入見太宗，謝罪以求內附。太宗於是遣鴻臚卿唐儉等慰撫之，又詔李靖領兵迎接頡利。
先是，頡利既敗，竄於鐵山，餘眾尚數萬；遣執失思力入見，謝罪，請舉國內附，身自入朝。上遣鴻臚卿唐儉等慰撫之，又詔李靖將兵迎頡利。（資治通鑑卷一百九十三）
然而，頡利卻非真心歸附唐室，其心中實有另外一番計較。他希望借著草青馬肥，逃入漠北，再待時機重頭恢復。
頡利外為卑辭，內實猶豫，欲俟草青馬肥，亡入漠北。（資治通鑑卷一百九十三）
李靖等人見情勢有變，於是重施當年韓信破齊之計，對頡利可汗加以進攻，世勣繼之。突厥、唐室之軍隊在陰山相遇，突厥兵士被俘者不少。
靖引兵與李世勣會白道，相與謀曰：「頡利雖敗，其眾猶盛，若走度磧北，保依九姓，道阻且遠，追之難及。今詔使至彼，虜必自寬，若選精騎一萬，繼二十日糧往襲之，不戰可擒矣。」以其謀告張公謹，公謹曰：「詔書已許其降，使者在彼，奈何擊之！」靖曰：「此韓信所以破齊也。唐儉輩何足惜！」遂勒兵夜發，世勣繼之，軍至陰山，遇突厥千餘帳，俘以隨軍。（資治通鑑卷一百九十三）
頡利可汗方面，其初時見到太宗派來之使者，心中十分高興。然而，當他看見蘇定方等二百騎唐軍去自己的牙帳僅七里，頡利知道事態有變，連忙乘千里馬逃遁。李靖軍至，頡利之部眾大敗潰散。至於唐儉，則僥倖脫身而歸。
頡利見使者，大喜，意自安。靖使武邑蘇定方帥二百騎為前鋒，乘霧而行，去牙帳七里，虜乃覺之。頡利乘千里馬先走，靖軍至，虜眾遂潰。唐儉脫身得歸。（資治通鑑卷一百九十三）
李靖斬敵首萬餘級，俘男女十餘萬，獲雜畜數十萬。其又殺義成公主，擒其子疊羅施。頡利方面，其率領萬餘人欲度磧口，卻為李世勣之軍隊所阻。於是，東突厥之大酋長皆率領部眾降唐，世勣虜五萬餘口而還。
靖斬首萬餘級，俘男女十餘萬，獲雜畜數十萬，殺隋義成公主，擒其子疊羅施。頡利帥萬餘人欲度磧，李世勣軍於磧口，頡利至，不得度，其大酋長皆帥眾降，世勣虜五萬餘口而還。斥地自陰山北至大漠，露布以聞。（資治通鑑卷一百九十三）
太宗之軍事行動成功，其因此大赦天下。
甲寅，以克突厥赦天下。（資治通鑑卷一百九十三）
另一方面，由於不少突厥將士降唐，太宗於是對他們加以重用（此亦可見太宗胸襟之開闊），包括阿史那思摩，甚至突利可汗。
三月，戊辰，以突厥夾畢特勒阿史那思摩為右武修大將軍。（資治通鑑卷一百九十三）
丙子，以突利可汗為右衛大將軍、北平郡王。（資治通鑑卷一百九十三）
東突厥之頡利可汗既無復其聲威，四夷君長於是請太宗為「天可汗」。自此以後，大唐國威遠播。
四夷君長詣闕請上為天可汗，上曰：「我為大唐天子，又下行可汗事乎？」群臣及四夷皆稱萬歲。是後以璽書賜西北君長，皆稱天可汗。（資治通鑑卷一百九十三）
突厥來降者不絕。
庚午，突厥思結俟斤帥眾四萬來降。（資治通鑑卷一百九十三）
頡利可汗後來則投靠蘇尼失。
關於蘇尼失，其原為啟民可汗母親之弟。始畢可汗在位時，其以蘇尼失為沙缽羅設，統領部落五萬家，駐守於靈州西北。及後頡利內政混亂，蘇尼失所領部眾唯獨並無異志。頡利因此對蘇尼失信任。突利降唐，頡利立蘇尼失為小可汗。
初，始畢可汗以啟民母弟蘇尼失為沙缽羅設，督部落五萬家，牙直靈州西北。及頡利政亂，蘇尼失所部獨不攜貳。突利之來奔也，頡利立之為小可汗。（資治通鑑卷一百九十三）
頡利原本打算先投靠蘇尼失，再逃奔吐谷渾。可惜的是，大同道行軍總管任城王李道宗引兵逼迫蘇尼失，蘇尼失終決定捉拿頡利。頡利連夜逃走，匿於荒谷，卻終為蘇尼失所追獲。結果，隨著蘇尼失不久舉眾來降，頡利被俘至長安。漠南之地亦全數落入唐室之手。
及頡利敗走，往依之，將奔吐谷渾。大同道行軍總管任城王道宗引兵逼之，使蘇尼失執送頡利。頡利以數騎夜走，匿於荒谷。蘇尼失懼，馳追獲之。庚辰，行軍副總管張寶相帥眾奄至沙缽羅營，俘頡利送京師，蘇尼失舉眾來降，漠南之地遂空。（資治通鑑卷一百九十三）
太宗始終未有對頡利可汗加以殺害，反容許他「館於太僕，厚廩食之」。
突厥頡利可汗至長安，夏，四月，戊戌，上御順天樓，盛陳文物，引見頡利，數之曰：「汝藉父兄之業，縱淫虐以取亡，罪一也；數與我盟而背之，二也；恃強好戰，暴骨如莽，三也；蹂我稼穡，掠我子女，四也；我宥汝罪，存汝社稷，而遷延不來，五也。然自便橋以來，不復大入為寇，以是得不死耳。」頡利哭謝而退。詔館於太僕，厚廩食之。（資治通鑑卷一百九十三）
高祖聞兒子為自己一雪前恥，心感快慰。由「上皇自彈琵琶，上起舞」看來，高祖更似因「滅亡東突厥」這件事而忘記了太宗在「玄武門之變」的過失，父子二人在此冰釋前嫌（儘管高祖此處所說之言語未必可信，但高祖之行為明顯反映他不再痛恨世民）。
上皇聞擒頡利，歎曰：「漢高祖困白登，不能報；今我子能滅突厥，吾托付得人，復何憂哉！」上皇召上與貴臣十餘人及諸王、妃、主置酒凌煙閣，酒酣，上皇自彈琵琶，上起舞，公卿迭起為壽，逮夜而罷。（資治通鑑卷一百九十三）
