早在顯慶二年（丁巳，公元六五七年）春，正月，庚戌，蘇定方被任命為伊麗道行軍總管，率領燕然都護渭南任雅相、副都護蕭嗣業發回紇等兵，自北道討伐西突厥沙缽羅可汗（即阿史那賀魯）。
庚戌，以右屯衛將軍蘇定方為伊麗道行軍總管，帥燕然都護渭南任雅相、副都護蕭嗣業發回紇等兵，自北道討西突厥沙缽羅可汗。嗣業，鉅之子也。（資治通鑑卷二百）
阿史那彌射及其族兄步真，原為西突厥酋長，太宗在世時，二人帥眾來降。此時，高宗以二人為流沙安撫大使，自南道招集舊眾。
初，右衛大將軍阿史那彌射及族兄左屯衛大將軍步真，皆西突厥酋長，太宗之世，帥眾來降；至是，詔以彌射、步真為流沙安撫大使，自南道招集舊眾。（資治通鑑卷二百）
蘇定方出擊沙缽羅可汗，成績理想。其行軍至金山北部，先擊破處木昆部，再而令懶獨祿等率領萬餘帳來降。
蘇定方擊西突厥沙缽羅可汗，至金山北，先擊處木昆部，大破之，其俟斤懶獨祿等帥萬餘帳來降，定方撫之，發其千騎與俱。（資治通鑑卷二百）
薛仁貴建議高宗把泥孰之妻子歸還泥孰，以令泥孰率領部眾與唐室聯兵。高宗接納其建議。泥孰「請從軍共擊賀魯」。
右領軍郎將薛仁貴上言：「泥孰部素不伏賀魯，為賀魯所破，虜其妻子。今唐兵有破賀魯諸部得泥孰妻子者，宜歸之，仍加賜賚，使彼明知賀魯為賊而大唐為之父母，則人致其死，不遺力矣。」上從之。泥孰喜，請從軍共擊賀魯。（資治通鑑卷二百）
蘇定方領兵行至曳咥河的西面，沙缽羅率領十萬來自十個姓氏的士兵來抵抗。定方於是帶領唐兵及回紇萬餘人擊之。
定方至曳咥河西，沙缽羅帥十姓兵且十萬來拒戰。定方將唐兵及回紇萬餘人擊之。（資治通鑑卷二百）
沙缽羅輕視蘇定方兵少，直接進兵圍困蘇定方。蘇定方命令步兵據守南原，攢槊外向，自己則率領騎兵陣於北原。沙缽羅先攻定方之步軍，三次衝擊而無功而還，此時，定方領騎兵衝擊之，沙缽羅大敗，數萬人被殺。
沙缽羅輕定方兵少，直進圍之。定方令步兵據南原，攢槊外向，自將騎兵陣於北原。沙缽羅先攻步軍，三沖不動，定方引騎兵擊之，沙缽羅大敗，追奔三十里，斬獲數萬人；明日，勒兵復進。（資治通鑑卷二百）
沙缽羅大敗後，胡祿屋等五弩失畢帶領部眾來降。沙缽羅與處木昆屈律啜數百騎西走。又五咄陸部落聽聞沙缽羅兵敗，亦親自前往見阿史那步真，領眾人投降。
於是胡祿屋等五弩失畢悉眾來降，沙缽羅獨與處木昆屈律啜數百騎西走。時阿史那步真出南道，五咄陸部落聞沙缽羅敗，皆詣步真降。（資治通鑑卷二百）
蘇定方命蕭嗣業、婆閏率領直趨邪羅斯川，追擊沙缽羅，定方自己則與任雅相率領新附之眾跟隨在後。適逢大雪，軍中士卒有請等待天晴而行者，但定方反對，堅持「蹋雪晝夜兼行」。終於，至雙河，定方之軍隊與彌射、步真之兵會合。唐軍勢力更強，沙缽羅形勢險峻。
定方乃命蕭嗣業、回紇婆閏將胡兵趨邪羅斯川，追沙缽羅，定方與任雅相將新附之眾繼之。會大雪，平地二尺，軍中咸請俟晴而行，定方曰：「虜恃雪深，謂我不能進，必休息士馬。亟追之可及，若緩之，彼遁逃浸遠，不可復追，省日兼功，在此時矣！」乃蹋雪晝夜兼行，所過收其部眾，至雙河，與彌射、步真兵合，去沙缽羅所居二百里，布陣長驅，逕至其牙帳。（資治通鑑卷二百）
終於，蘇定方乘沙缽羅前往狩獵，領兵擊之，斬獲數萬人。沙缽羅與其子咥運、婿閻啜等僥倖逃脫，前往石國。定方見沙缽羅已不足為患，於是偃旗息鼓。
沙缽羅與其徒將獵，定方掩其不備，縱兵擊之，斬獲數萬人，得其鼓纛，沙缽羅與其子咥運、婿閻啜等脫走，趣石國。定方於是息兵，諸部各歸所居，通道路，置郵驛，掩骸骨，問疾苦，畫疆場，復生業，凡為沙缽羅所掠者，悉括還之，十姓安堵如故。乃命蕭嗣業將兵追沙缽羅，定方引軍還。（資治通鑑卷二百）
沙缽羅至石國西北部的蘇咄城，終為城主伊沮達官所欺騙，被捕。蕭嗣業至石國，石國人將捕獲的沙缽羅交給他。至此，沙缽羅成為唐室之俘虜。
沙缽羅至石國西北蘇咄城，人馬饑乏，遣人繼珍寶入城市馬。城主伊沮達官詐以酒食出迎，誘之入，閉門執之，送於石國。蕭嗣業至石國，石國人以沙缽羅授之。（資治通鑑卷二百）
隨著高宗兩分西突厥之地，設置濛池、昆陵都護府，並以阿史那彌射、阿史那步真分別統領五咄陸部落、五弩失畢部落。西突厥至此全為唐室所控制。事在顯慶二年十二月。
乙丑，分西突厥地置濛池、昆陵二都護府，以阿史那彌射為左衛大將軍、昆陵都護、興昔亡可汗，押五咄陸部落；阿史那步真為右衛大將軍、濛池都護、繼往絕可汗，押五弩失畢部落。遣光祿卿盧承慶持節冊命，仍命彌射、步真與承慶據諸姓降者，准其部落大小，位望高下，授刺史以下官。（資治通鑑卷二百）
