贞观二十年三月初六，太子李贞纳杜氏女十娘为良娣，纳江宁陆氏女、江都林氏女、太原王氏女为良媛，一日间同时娶四女，右仆射长孙无忌亲为主持婚礼，东都洛阳为之轰动，帝大悦之，下令大赦天下，举国为之欢庆。
贞观二十年四月二十一日，帝驾西返长安，太子并诸臣工一道返京，仪驾延绵近十里，长安百姓黄土填道、撒花焚香夹道而迎之；贞观二十年四月二十八日，帝下诏于骊山之巅修翠微宫以为避暑之用，所耗甚巨，群臣谏止，帝固持己见，群臣无奈，只得遂之。
贞观二十年五月初一，帝下诏曰：薛延陀份属大唐，今因汗位之争陷于祸乱，以致民生凋敝，生灵涂炭，实为人祸之惨剧，圣天子不忍百姓受此劫难，特出兵十八万以平之。此诏一下，早已在薛延陀周边集结待命之唐军即兵分三路杀进了茫茫大草原之中——西路由北庭都督张士贵率五万大军出乌拉斯台隘口，中路由李绩任主将、薛仁贵任副将率军八万出夏州，东路由营州都督张俭率军五万出朔州，三路大军由兵部尚书李绩统一调遣，是时，拔灼与大度设各自率部正在包克图草原展开激战，双方征战正酣间忽闻知唐军杀至，大惊之下，各自勒兵后退，以图后策。
感知到唐军来意不善之后，拔灼兄弟俩在拜德拉格河边临时结盟，成犄角之势安营，试图联手对抗唐军，然则为时已晚，不待拔灼兄弟俩有所行动，进军速度极快的唐军便已杀进了薛延陀的腹地之中，原依附于拔灼兄弟之各草原部落闻知唐军已到，无心应战，纷纷溃散而去，仆固、回纥等数个大部落更是全族投了唐军，拔灼所部右军都督赛那刺趁势发动兵变，设酒筵以伏兵斩杀拔灼，拔灼手下第一战将左军都督阿鲁台于乱中自刎，赛那刺率残部两万余骑投唐。
闻知拔灼已亡，大度设不敢再战，率残军三万余骑向焉支山转进，试图避开唐军之兵锋，怎奈张士贵所部之北庭军来得极快，于贞观二十年五月二十八日在乌尔嘎马勒山追上了大度设所部，双方在此大战一场，兵无战心的大度设所部大败亏输之下，全军溃散，大度设率残部千余投南奔荒谷，于途中被董千里率三千游骑军追上，一场血战之后，全军败亡，大度设自刎身死，至此，薛延陀遂平，帝纳礼部尚书李道宗所谏，分薛延陀故地为十三州，仿安西旧例以治之，并设燕然都护府于单于台(今蒙古呼和浩特西)以统各州，任命大将萧嗣业为首任都督，调原北庭楚河州镇守使刘旋风为之副。
说起来薛延陀也算是大国了，就地域面积来说比之大唐如今的地盘也小