这一下直接将李佑给惹恼了，李佑亲自下旨派出两路人马向西突厥进发。一路由左屯卫将军苏定方为伊丽道行军大总管，率领燕然都护任雅相、副都护萧嗣业、左骁卫大将军瀚海都督回纥首领婆闰等，为主力部队。另一路由早先归附唐太宗那步真为流沙道安抚大使，招集其旧部。
是年冬十二月，苏定方军抵达金山（今阿尔泰山）西，击败五咄陆之一处木昆部，该部俟斤归降。在这以前，五弩失毕之一泥孰部不服从贺鲁的统治，被贺鲁攻破，其首领的家属被俘。这时，唐军从贺鲁的一部分败兵中找到泥孰部首领的妻子。
右领军郎将建议：应该将这些家属归还泥孰部，并且赠予财物加以抚慰，使他们明白“贺鲁为贼而大唐为之父母”。这样的话，他们必将不遗余力地反对贺鲁。唐军按此实行。泥孰部接到获救的家属后非常感激，要求跟随唐军一起进攻贺鲁。
苏定方率军至曳咥河（今喀喇额尔齐斯河）西，贺鲁举西突厥十万骑兵来拒。苏定方以唐及回纥万余骑兵迎敌。贺鲁见唐军少，进兵包围，定方命步兵据守南面的高地，持长矛向外；自己领骑兵列阵于北坡。
贺鲁的骑兵三次冲击唐步兵，未能动摇唐军阵脚。苏定方趁势纵骑兵反攻，贺鲁大败。第二天唐军继续追击，五弩失毕全部投唐。
五咄陆得知贺鲁兵败，奔南道归附唐安抚大使阿史那步真。
苏定方命令萧嗣业和回纥婆闰追击贺鲁。当时天下大雪，众将要求雪停以后进兵。苏定方认为正可趁天雪之机，攻敌不备。
于是唐军冒雪昼夜兼程前进。至金牙山，纵兵破贺鲁牙帐，俘敌数万人。贺鲁渡伊丽水西逃。苏定方追至碎叶水，尽夺贺鲁部众。
贺鲁及子咥运逃至石国（今塔什干）苏咄城，城主伊涅达干将他们逮捕，送往石国。石国王将贺鲁父子交给唐将萧嗣业和阿史那元爽。
至此，西突厥国亡。
苏定方安排西突厥各部落分别回到原来居住的地方，开通道路，设立驿站，掩埋死者骸骨，慰问民间疾苦，划分牧场，恢复畜牧业生产。
并将贺鲁所掠夺的人口，以及牲畜等财物发还各部。从此，西突厥十姓部落在久经内讧和战乱以后，开始过上了安居乐业的生活。
龙朔元年西域吐火罗款塞来附。
唐朝任命“王名远为吐火罗道置州县使，自于阗以西，波斯以东，凡十六国，以其王都为都督府，以其属部为州县。
凡州八十八，县百一十，军、府百二十六”。
这十六个新设立的都督府，也隶属安西大部护府。这些地方早先属于西突厥的势力范围，此时转归唐朝。
而就在这普天开心的时候，武则天的一个大阴谋开始出现了...！
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