到贞观四年（630年）春，太宗接到北征军的捷报：颉利被李靖打得落荒而逃。
颉利被李靖突破后，一口气奔往碛石，正想在此重整旗鼓，将来东山再起。万万不料并州都督李世勣，不知从何处杀了出来，颉利可汗如临大敌，立即调兵作最后一搏。但是他的队伍已是不堪一击，交战不久就溃不成军。
颉利估计碛石也守不住了，又窜入铁山苟延残喘，一面命令执失思力赴唐都长安谢罪，表示情愿举国投降。
太宗于是派遣鸿胪卿唐俭和将军安修仁，一同前往安抚；又下令让李靖率兵相迎。
李靖接到命令后，对副将军张公谨说：“颉利虽然失败了，但其麾下余部势力还比较强大。如果不乘胜追击，今后结局很难预料。为了不留后患，最好趁皇上派去安抚的使者到突厥时，我们即刻派兵出击。那颉利肯定不会有所防备，还来不及反抗和躲避，便能被我擒获了。”
但张公谨说：“皇上已经下了诏书，同意突厥投降，如果我们再发兵袭击，虽然胜利是肯定的，但派去的使者不是要被害了？”
李靖答道：“机不可失，当年韩信破齐就用的这个计策。唐俭等人有什么可惜的呢？”说罢连夜派兵进发。
这时，正好李世勣也率军前来会师，李靖把自己的意见一说，两人一拍即合。于是有李靖作先锋，李世勣为后应。沿途碰到突厥的巡逻兵，一律擒获，令其充作向导。
那颉利可汗刚刚接见了唐朝的来使唐俭和安修仁，了解到唐天子已经同意他投降，连日紧绷的情绪宽慰了很多，正在高高兴兴地设宴款待两人。
忽然有人进来报告颉利：“唐兵已到，离这不到十里了。”
颉利一听大惊，质问唐的使者：“这……这到底是什么意思？大唐天子既然允许我归附，却又出兵前来袭击，竟然这么言而无信么？”
唐俭等人急忙从座上起身说：“可汗不必怀疑，我两人是从长安来的，还没有到李将军的部队去接洽，大概李将军还不知情，所以带兵来了。现在如果由我两人出去阻止，一定可以让他们撤军。可汗不必担心！”
说完，唐俭和安修仁两人携手出了突厥营帐，跃马扬鞭，很快就不见了踪影。
颉利听了唐俭的话后，认为他说的是实情。待唐俭离去后，还认为不必设防抵抗，眼巴巴地望他二人退军。
谁知营帐外的警报却是源源不断地传来，一会儿说唐军还相距七里，一会儿说只相距五里了。于是颉利亲自出门遥望，果然看见大队的唐军浩浩荡荡地开过来了。他知道这一切已经太晚，来不及部署兵力迎接战斗了，只得慌忙跨上战马自个儿逃去。主帅如此，其部下也只好抱头鼠窜。唐军闯入大营如入无人之境。
颉利可汗原来是去投奔一位叫苏尼失的部将，这苏尼失在颉利的势力逐渐衰落，其余各部大都不再买颉利的账时，依旧对颉利忠诚不二。颉利见到苏尼失后，建议两人去投奔正在壮大的吐谷浑。苏尼失却有些犹豫不决。
正好李靖这时凯旋退军，只是命令灵州总管、任城王李道宗出兵追捕颉利。道宗于是派人送信给苏尼失，让他将颉利交出来；同时又派副总管张宝相率军进逼。可怜颉利听到这个消息后，不得不躲到荒山野外去了。
苏尼失听说唐军马上就到，而自己又无力抵御，只好到处搜寻，终于将颉利抓住。正巧唐军黑压压地到了，苏尼失将颉利献上，率领众人出来投降。
颉利被送回长安后，太宗在顺天楼举行了盛大的召见仪式。颉利伏地请罪，太宗高声说：“你借父兄遗业残害人民，自取灭亡，这是你的第一大罪；与我多次结盟又多次违背誓言，这是你第二大罪；恃强好战，不顾人民死活，这是你第三大罪；践踏我的庄稼，掠夺我的人民，这是你的第四大罪；我派遣使者招安，你却迟迟不来，这是你第五大罪。但我念你自从便桥之盟以后，总算没有再来侵犯，所以赐你不死，你不要再不知道感恩啊！”
颉利闻言，一边下泪一边连声称谢。
太宗于是命人将颉利带下去，好好款待，并加封李靖和李世勣为光禄大夫。
再后来，太宗将原来突利的地盘分为四州，颉利的地盘分为六州，左置定襄都督府，右置云中都督府，分别统率已经被唐廷降服的突厥部落；又命令突利为右卫大将军北平郡王兼任顺州都督。
而苏尼失擒获颉利有功，特封为怀德郡王，授宁州都督。
颉利在留京期间，郁郁寡欢，渐渐地形容憔悴，不久即染病而亡。苏尼失听说颉利去世，悲伤至极，也随颉利而去。
贞观八年（634年）冬季，北方的吐谷浑举兵侵入唐的边境地区凉州（治今甘肃武威）。太宗命令李靖为西海道行军大总管，统率诸军，前去讨伐吐谷浑；另又派了兵部尚书侯君集、刑部尚书李道宗等五人为行军总管，分兵五路殊途同进，但都归李靖总管。贞观九年（公元635年）五月，大军到了凉州后，节节胜利，穷追不舍，最后吐谷浑只得举国投降。
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