颉利可汗困窘，退守铁山，但此时他还有几万士兵。
颉利可汗派执失思力来唐朝，假装向唐朝谢罪，请求归降。
唐太宗诏令鸿胪卿唐俭、将军安修仁等持节前往抚慰，又诏令李靖率兵迎接颉利可汗。
颉利可汗佯装谦卑，实则打算逃回漠北。李靖在白道与李世积会师，商议道：“颉利可汗虽败，但其部众依然强盛，若让他逃至碛北，受到其他部落保护，恐怕就再难追上他了。如今唐俭等使者在突厥，颉利可汗定会松于戒备。若是率领一万骑兵，携带二十天的军粮去偷袭颉利可汗，必能将他一举拿下。”
张公谨询问道：“陛下已同意颉利可汗归降。何况，我国使者还在突厥呢。你为何还要费这个力气呢？”
李靖回答：“这就是韩信破齐的原因。唐俭等人有什么可惜的！”
李靖连夜出兵，李世积紧随其后，李靖至阴山，遇到一千多顶突厥军帐，将他们尽数俘获。颉利见到唐俭等使者后，大喜，果如李靖所猜测的那样放松了警惕。李靖派苏定方率领二百骑兵为前锋，趁着浓雾行军。距离颉利可汗的牙帐仅剩七里时，突厥兵才发现李靖。颉利可汗骑着千里马逃走，李靖军队刚到，突厥兵就溃散了。
唐俭脱身而出，回到李靖军中。李靖斩首突厥一万多人，俘获男女十几万人，杂畜数十万，杀义成公主，擒获颉利可汗之子叠罗施。颉利可汗率领一万多人欲渡过碛口，但李世积的军队早已列阵于碛口。
于是，颉利可汗手下的大酋长皆带领自己统治的部众投降，李世积总共俘虏五万多人。颉利可汗独身逃奔至沙钵罗阿史那苏尼失之处。途中，颉利可汗被行军副总管张宝相擒获。阿史那苏尼失遂率众投降唐朝，东突厥灭亡。唐朝收复定、襄、恒、安各郡，将国境开拓至大漠。
贞观四年四月初三（630年5月20日），唐军把颉利可汗押送到长安，并向太庙祭告。
唐太宗李世民来到顺天楼，士民们都涌来观看。官员把颉利可汗押到唐太宗面前，唐太宗对他说：“你有五罪：过去你父亲国破，依赖隋朝才得以生存。但是当隋朝有难时，你却一点都不帮助隋朝，致使隋朝覆灭，这是第一项罪名；突厥与我国为邻，却屡次违背约定入侵边境，这是第二项罪名；突厥连年征战不止，致使附属部落生怨，这是第三项罪名；掠夺我国之人，践踏庄稼，这是第四项罪名；答应你和亲，你却迁徙逃走，这是第五项罪名。我若要杀你，并非没有正当的理由，只是你我之间有渭水盟约，所以我不想苛责你。”
于是，唐太宗李世民归还了颉利可汗的家属，让他们一家住在使馆中，供给他们日常的生活用度。
唐太宗李世民加封李靖、李世积为光禄大夫，各给绢帛，颁诏大赦，赐民五日酺。太上皇李渊正徙居大安宫，听闻颉利可汗成擒，不禁喜慰道：“汉高祖困白登，终不能报，今我子能灭突厥，付托得人了，尚有何忧？”
太宗皇帝李世民进谒上皇李渊，即奉上皇至凌烟阁，召集诸王妃主，及贵戚近臣十余人，置酒列宴，饮至半酣，上皇自弹琵琶，太宗起舞，诸王等更迭奉觞，为上皇寿。
太宗皇帝李世民兴高采烈，流连忘倦，直饮到夜静漏迟，方才散席。太宗皇帝仍奉上皇还大安宫，余众散归，不必细述。
唯东突厥既已灭亡，余众或西奔西突厥，或北附薛延陀，尚有十万口降唐，拟筹安插，太宗乃诏令群臣妥议方法。
当时魏公裴寂，坐罪免官，旋即病殁，蔡公杜如晦，亦抱病谢世，二人为佐命功臣，故就此插叙，作一了结。
唐朝廷上面的大臣，要算仆射梁国公房玄龄。房玄龄奉到诏敕，不申己见，专采集众议以闻。中书侍郎颜师古，请就河北安置降众，分立酋长，管领部落，
方保无虞。
礼部侍郎李百药，竟与师古略同，但请在定襄置都护府，作为统驭，才是安边长策，独温彦博请仿汉建武故事，会降众齐居塞下，因宜适性，令为中国扞蔽，既足全彼生齿，复足实我边疆，好算是一举两得的良法。太宗汇览各议，意欲从彦博所言，遂召彦博入商。
秘书监魏征，也入朝参议，便勃然奏阻道：“突厥世为寇盗，与中国寻仇不已，今幸得破亡，陛下因他降附，不忍尽诛，自宜纵归故土，断不可留居中国，从来戎狄无信，人面兽心，弱即请服，强即叛乱。今降众不下十万，数年以后，蕃息倍多，必为心腹大患。试想西晋初年，诸胡与民杂居内地，郭钦江统，皆劝武帝驱出塞外，借杜乱源，武帝不从，沿至二十年后，伊洛一带，遂至陆沉，往事可为明鉴，奈何不成？”
魏征此言，较诸颜李两议，尤为痛切。
温彦博偏答辩道：“王者无外，待遇万物，好似天无不覆，地无不载，今突厥穷来归我，奈何拒却不受？孔子有言：有教无类。若拯彼死亡，授他生计，教以礼义，数年后尽为吾国赤子。又复简选酋长，令入宿卫，彼等畏威怀德，趋承恐后，有什么后患呢？”
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