李靖接到诏书后，对副将张公谨说：“颉利虽然战败，但他的部众还很多，如果他们逃到碛北，以后就很难谋取了。为现在考虑，应该趁着诏使到达突厥的时候，出兵突袭，他们以为有诏书前来安抚，一定不会防备，我们的军队一到，他们来不及躲避，必定会被我们擒获。”
李靖身经百战，知道这是一个千载难逢的机会，不能错过。他必须抓住这个机会，彻底击败颉利可汗，为大唐消除北方的祸患。
张公谨说：“诏书已经答应他们投降，使者也已经去了，如果我们发兵袭击，虽然可以获胜，但使者会不会被害呢？”
李靖回答说：“机不可失，当年韩信攻破齐国，就用了这个计策，唐俭等人有什么可惜的呢？”于是他率领军队在夜里出发。恰好李世积也率军前来会合，两人交谈后，意见一致。于是李靖作为先锋，李世积作为后应，沿途遇到突厥的巡逻兵，全部擒获，让他们作为向导。
颉利可汗刚刚接到诏令，听说已经被允许投降，心中很是欣慰，正在设宴款待。忽然有亲信士兵进来报告说：“唐兵已经到了，离这里不过十里了。”
颉利大惊，瞪着眼睛看着唐使说：“这……这是为什么？大唐天子既然已经答应我归附，为什么又出兵到这里袭击，难道也这么不讲信用吗？”
颉利可汗心中充满了愤怒和绝望。他觉得自己被大唐天子欺骗了，不知道该怎么办才好。
唐俭等人急忙起身说：“可汗不必惊慌，我们两人从都城来这里，没有到过李总管的军前，想来是李总管还没有接到消息，所以率军前来。如果我们两人出去阻拦，一定可以让他回军，请可汗不要担心！”说完，就携手出帐，跨上马快速离去。
颉利听了唐俭的话，也相信是实情，等唐俭等人走后，还以为不必设防，眼巴巴地望着他们退军。哪知帐外警报不断传来。有的说唐军只相距七里，有的说唐军只相距五里，于是他出营遥望，果然看到唐军浩浩荡荡，疾驰而来。
颉利知道来不及整顿军队，慌忙跨上千里马，独自逃走，部众相继四处逃窜。唐军闯入大营，如入无人之境，四处砍杀，杀死很多人。又闯入帐后，看到一个盛装的妇人，和一个少年男子，吓得浑身发抖，也不去问他们是谁，一把抓住就走。还有帐内外许多突厥男女，来不及逃跑的，都被唐军用绳索捆绑起来，一串串地拉走了。
李靖带领军队偷袭突厥大营，最后清点俘虏，竟有十万余人。颉利可汗在混乱中逃出了唐军的包围，跑到了灵州的沙钵罗部落那里。
在此之前，颉利可汗曾经任命启民可汗的同母弟弟苏尼失为沙钵罗设，统领部落五万家，在灵州西北建立牙帐。等到颉利势力衰落，各部纷纷背叛，只有苏尼失没有二心。颉利跑去依附苏尼失，想和他一起投奔吐谷浑，苏尼失犹豫不决。
恰逢李靖凯旋还师，只是发檄文命令灵州总管任城王李道宗，出兵追捕颉利。李道宗就写信给苏尼失，让他抓住颉利来献给唐朝，一面派遣副总管张宝相，率军进逼。颉利听到消息，逃到荒谷中藏匿起来。
苏尼失听说唐军将要到来，无法抵御，只好去追赶颉利，到处搜寻，才把颉利抓住，返回营帐，正巧唐军赶到，于是就把颉利作为礼物，率领众人投降，从此漠南再也没有突厥的朝廷了。
至此，东突厥汗国灭亡。
李世民得知东突厥汗国灭亡的消息后，龙颜大悦。他在朝堂之上，兴奋地说道：“东突厥已灭，我大唐北方边境从此安定。众卿之功，朕铭记于心。”
群臣纷纷跪地高呼：“陛下圣明，大唐万岁！”朝堂之上，气氛热烈，充满了胜利的喜悦。
之后，李靖又用离间计，诱使颉利手下的将军康苏密，挟持流亡突厥的隋炀帝萧皇后和隋炀帝的孙子杨政道投降唐军。
当萧皇后和杨政道被带到李靖面前时，李靖恭敬地说道：“萧娘娘、杨公子，如今大唐已兴，东突厥气数已尽。陛下仁慈，定会妥善安置你们。”
萧皇后道：“敢不从命。”
就这样，突厥营地被荡平，李靖、李世积选择地方安营，清点俘虏，不下数万人。只查到盛装妇人是颉利的可敦，就是四次嫁人的义成公主。李靖责备她不知羞耻，把她推出去斩首。再审问少年男子，原来是颉利的儿子叠罗支，就下令把他囚禁在槛车中，解送到京城。
大唐的天空，在这一刻显得格外湛蓝。阳光洒在大地上，温暖而明亮。这场胜利，为大唐带来了北方的安定，也完全洗刷了李世民当年渭水之盟的耻辱。