唐贞观九年(635年)，西海道行军大总管李靖率军击败吐谷浑部的一次远程奔袭战。贞观八年，伏允依其臣天柱王之谋，进袭唐廓(治化隆，今青海化隆西南)、兰州，使唐通往西域的咽喉河西走廓受到威胁。六月，唐遣左骁卫大将军段志玄率军反击，伏允携众远遁，唐军追至青海湖后班师。十一月十九日，吐谷浑再次寇扰凉州(治姑臧，今甘肃武威)。唐太宗李世民大为震怒，下决心大举征伐吐谷浑。十二月初三，起用已致仕的右仆射李靖为西海道行军大总管，统帅兵部尚书、积石道行军总管侯君集、刑部尚书任城王、鄯善道行军总管李道宗、凉州都督、且末道行军总管李大亮、岷州都督、赤水道行军总管李道彦、利州刺史盐泽道行军总管高甑生和归唐的东突厥及契苾何力等军进击吐谷浑。次年闰四月初八，李道宗在库山(今青海湖东南)击败吐谷浑军。伏允烧尽野草，轻兵入碛。唐军诸将认为，马无粮草，已很疲弱，不可轻易深入。唯独侯君集主张吸取段志玄的教训，应乘其初败，人心离散之机，穷迫不舍，一举将其击灭。李靖采纳其意见，分兵两路追击，亲率李大亮、薛万均等部由北路切断其通往祁连山的退路，并迂回至伏俟城；侯君集、李道宗等部由南路追截南逃的吐谷浑军。二十三日，李靖部将薛孤儿在曼头山(今青海共和西南一带)大败吐谷浑军，斩其首领，俘获大批牲畜。二十八日，李靖率军在牛心堆(今青海西宁西南)击败吐谷浑军，接着又在赤水源(今青海兴海东南)再次获胜，共俘斩名王数十人。南路唐军在沓无人烟地区行军2000余里，途经无水无草的破罗真谷(在今青海都兰东南一带)时，只能“人龀冰、马瞰雪”，于五月间在乌海(今青海苦海)追上伏允，大破其众，俘其名王骁将。伏允向西败走，准备渡突伦川(又称图伦碛，今新疆塔克拉玛干沙漠)，投奔于阗。李靖督诸军，经积石山(今青海阿尼玛卿山)河源(黄河源)迫至且末(今属新疆)。李靖部将契苾何力闻伏允逃至突伦川，遂率骁骑干余追击，因沙漠无水，将士皆剌马饮血，终于追上伏允，袭击其牙帐，歼数干人，缴获甚众，伏允侥幸脱逃，后在走投无路的绝境中自缢身亡。侯君集率部进逾星宿川(即今青海黄河上源星宿海)，至柏海(今青海鄂陵湖和扎陵湖)与李靖军合师。伏允之子大宁王慕容顺斩天柱王，率部归唐，被封为可汗、西平郡王，吐谷浑成为唐朝属国。