六月十五日，大漠南缘，唐军二十万，分六路并进。
朔方城外，黄沙接天，旌旗蔽日。二十万大军分屯六处，联营数十里，鼓角相闻，烽火相望。校场之上，金甲耀日，朔气横秋，诸将各按道次，依次受钺。李积总统诸军，立马高台，麾下牙旗猎猎，上书"朔方道行军总管"七字大如斗。此日晴空万里，唯见漠北方向尘沙隐隐，似有无穷杀机潜藏。
薛延陀之祸，太宗隐忍久矣。此部本铁勒别种，初臣于突厥，贞观初乘突厥衰乱而崛起。夷男可汗，骁勇善谋，建牙郁督军山，拥兵二十万，控弦之士皆习骑射，来去如风。其势东结高句丽，互为犄角；西连西突厥，约以婚姻。当是之时，薛延陀控地万里，诸部畏服，为北疆第一强敌。太宗初即位，不欲两面受敌，乃以新兴公主许婚夷男，又册拜其为真珠毗伽可汗，赐以宝刀、金鼓，欲以羁縻。然夷男受册而骄，纳币而叛，和亲未几即纵骑南下，反复无常，终触太宗之怒。
更兼此时高句丽新挫，东北暂安；而薛延陀内部，拔灼弑叔曳莽自立，残暴失众。拔灼既立，疑诸部不附，日杀酋长以立威，回纥酋药罗葛吐迷度、拔野古酋颉利发、同罗酋时健俟斤皆怀异志，密遣使于唐，请为内应。太宗洞察其机，尝于两仪殿指薛延陀地图谓侍臣曰："夷男父子，狼子野心，朕所以隐忍至今，待其自溃耳。今拔灼弑亲虐下，众叛亲离，天其亡之！朕当趁其内溃而雷霆击之，一劳永逸，使子孙不复北顾之忧。"侍臣长孙无忌进曰："陛下圣算，然六师并出，粮运艰难，漠北旱蝗，水草不丰，奈何？"太宗笑曰："朕以夷攻夷，取粮于敌，何忧不济？"
六路大军之部署，尽显太宗用兵之神，其深谋远虑，非止一战之胜：
?江夏王李道宗为瀚海道安抚大使，出朔州，率精骑三万，直捣薛延陀西翼
李道宗者，太宗堂弟，少从征伐，勇略过人。其军皆朔方劲骑，人各三马，一乘一战一驮。道宗受命，谓部将曰："薛延陀西翼，连接仆骨、同罗，其众虽多，各怀二心。吾当以疾雷之势破其一点，诸部自溃。"乃出善阳岭，循白道川北进，所过焚其秋季草场，绝其马匹之食。
?左卫大将军阿史那社尔为昆丘道行军总管，以突厥降众为前锋，出云中，攻其北
社尔本突厥处罗可汗之子，归唐十余年，忠勇无二。太宗以突厥降众万余为前锋，其意深远：突厥、薛延陀世仇，昔突厥强盛，薛延陀为臣仆；今突厥亡而薛延陀兴，降众思复旧仇，战必效死。社尔出云中，渡北河，扬言攻其北境，实欲诱拔灼分兵。
?右骁卫大将军契苾何力为祁连道安抚使，率铁勒归附之众，出凉州，截其西遁之路
何力本铁勒契苾部酋帅，贞观六年率部归唐。契苾部与薛延陀同出铁勒，而世为仇雠。何力之众，皆沙漠旧人，识水草、耐饥渴，最宜绝漠追击。其出凉州，取道居延海，直插薛延陀牙帐之西，断拔灼西投西突厥之路。
?代州都督薛万彻为畅武道行军总管，出营州，与营州都督张俭合势，攻其东
万彻骁勇绝伦，所将皆幽燕突骑，善走险。其出营州，与契丹、奚部为犄角，攻薛延陀东境，使拔灼不能东向求助。
?兵部尚书李世积为朔方道行军总管，总统诸军，节制各路
李积时年五十二，自瓦岗归唐，历战大小数十，未尝一败。太宗以总统之任属之，以其持重善谋，能驭诸将。积受命，即于朔方筑坛拜将，申明约束：六路之师，各有专攻，然进退须禀节度，不得擅自追击，恐为敌所乘。
?又遣右领军将军执失思力率突厥劲骑，为奇兵，间道绝其粮道
执失思力，亦突厥贵种，尚太宗女九江公主。其所将皆突厥精锐，轻骑善走，不辎重、不辎粮，间道深入，专事焚掠。此太宗最秘之着，诸将皆不知其行踪。
此六路之师，合计步骑二十余万，皆贞观年间百战精锐。更妙者，阿史那社尔、契苾何力、执失思力皆突厥、铁勒降将，以夷攻夷，使薛延陀不能号召部众为"同族之援"。拔灼若号召"铁勒同族共抗唐军"，则社尔、何力皆铁勒之酋，其众谁从？此太宗破其根本之策。又六路之中，三道为安抚大使、安抚使，非尽行军总管，其意在抚降铁勒诸部，示以唐军但讨拔灼一族，不株连无辜。
太宗于两仪殿亲饯诸将，赐御酒，授斧钺。酒用蒲桃酿自西域，器用琉璃出自大食，皆贞观年间万国来朝之贡。太宗举杯北向，谕之曰："薛延陀负恩叛德，屡扰边氓。朕所以不欲轻动者，以天下初安，不欲劳民耳。今其自取灭亡，朕因民之怨，恭行天罚。诸将勉之！当如疾雷之不及掩耳，使其匹马不返。朕不图其金玉子女，惟欲北方安宁、百姓休息。破敌之后，毋得滥杀，降者抚之，逃者追之，散者招之，使漠北知大唐之德，不徒畏大唐之威。"诸将跪受斧钺，山呼万岁，声震殿瓦。
大军既发，薛延陀果然大震。拔灼方与回纥相攻于独逻水，闻唐军六路来伐，仓皇北遁。其部众本非铁板一块，铁勒诸部见唐军势盛，皆观望不前，甚者倒戈相向。回纥酋吐迷度即引众袭其辎重，拔野古断其东道，同罗、仆骨各保部落，不肯从征。薛延陀之众，旬月间瓦解十之六七。唐军所至，如沸汤泼雪，薛延陀诸部纷纷溃散。李道宗一日三捷，阿史那社尔连下七部，皆不战而降其众。
七月二十一日，乌德鞬山，大漠苍茫，血流漂杵。
乌德鞬山，突厥语谓"山地"，乃郁督军山北支，薛延陀牙帐旧地。是日黎明，大漠无风，暑气蒸腾，沙石皆赤。李积率朔方劲骑八千，已追三日三夜，人马皆疲，而士气愈奋。
先是，诸路捷报频传：李道宗已破其西翼，斩首万余，收降仆骨、同罗部众；阿史那社尔追亡逐北，收其北部落帐，获牛羊数十万；契苾何力绝其西归，于金山下斩其逃众，获马驼无算；薛万彻、张俭合势，破其东境三城；执失思力间道深入，焚其秋季粮草于郁督军山，拔灼军遂大饥。拔灼穷蹙，率牙帐精骑万余，弃其辎重，欲奔西突厥。李积亲率朔方劲骑八千，皆选一乘双马之士，昼夜疾追三百里，及于乌德鞬山北之曳咥河。
曳咥河，大漠弱水，夏日常涸，唯余白碱浮沙。时方盛夏，漠北大旱，水草焦枯，薛延陀军马渴乏，战力大减。其众连日奔逃，不得休息，马死者过半，骑士皆步。拔灼困于河岸，欲掘沙求水，而沙深无水，士卒争饮马尿，呕泄交加。
李积登高望之，见敌众虽疲，犹有万余，若纵之使散，必复聚为患。乃令士卒各负水囊，饱食轻骑，趁黎明薄雾突袭。唐军得饮，精神抖擞，衔枚疾进。及近敌营，天方破晓，李积令举火，鼓角齐鸣，唐军铁甲耀日，长槊如林，分三路突入。薛延陀残军虽殊死战，终不能当。其众饥渴交攻，弓矢无力，刀矛迟钝，唐军长槊所及，人马皆靡。
战酣之际，李积亲冒矢石，麾军围之数重。其麾下骁将薛仁贵，时年三十三，白袍白马，持戟陷阵，所向披靡，单骑夺旗三面。李积望见之，指谓左右曰："此子勇悍，吾不及也。"仁贵由此显名，后为大唐名将。
拔灼见势穷，知不可免，乃集其亲信可汗护卫数十骑，以死士突围，点燃自己的牙帐金鼓，西投高昌而去。其余众大溃，或降或死，曳咥河为之不流。此役，唐军斩首五千余级，虏男女三万余口，获马牛驼羊十余万头，薛延陀可汗大纛、金印、宝刀、鼓角皆归于唐。
拔灼西奔，途穷日暮，所从数十骑渐散。至高昌境，资粮尽绝，马毙于道。时西突厥可汗乙毗射匮闻唐军破薛延陀，惧不敢纳，遣兵拒之。拔灼进退失据，为回纥追骑所获。回纥酋吐迷度素恨拔灼之虐，乃斩之于独逻水畔，函首送唐，并其佩刀、金印。太宗验其首，顾谓侍臣曰："此獠首级，朕不以为功。然其父子两代负恩，今正典刑，足为后世叛者之戒。"
薛延陀汗国自贞观二年夷男建国，至是年七月而亡，凡十九年，传两代而绝。其兴也勃焉，其亡也忽焉，皆由负恩叛德、虐下失众之故。
