李二派鸿胪寺卿唐俭、将军安修仁等去突厥抚慰，令李靖率兵接应。二月，李靖引兵至白道与李绩会合，相与定谋，认为颉利虽败，兵力尚多，若任其逃往漠北，依附于薛延陀等部，则很难追歼；如今唐俭在突厥，颉利懈而不备，如选精骑袭之，可不战而擒之。副将张公瑾怕这么做会使唐俭等人身陷险地，李靖说只要能剿灭突厥，唐俭等人根本不用去考虑。于是李靖令徐世勣统大军继后，亲率精骑万名，各备20天口粮，连夜出发，向铁山疾驰。李靖军冒雪至阴山，遇突厥营帐千余，尽俘之以随军。颉利见唐使前来抚慰，以为安然无事，未加戒备。初八，李靖派偏将苏定方率两百骑兵为前锋，在浓雾掩护下衔枚疾进，至颉利牙帐七里才被发现。苏定方长驱直入攻下了突厥颉利可汗的牙帐，颉利乘千里马西逃。李靖率大军跟进，突厥军溃散，被歼万余人，被俘男女十余万。唐俭、安修仁趁乱脱险而归。

颉利在阴山被击败后，仓皇由云中向西逃窜，意图投奔吐谷浑国王慕容伏允或高昌国王麴文泰。在半路上，部将大多叛逃。其子叠罗施也与他走散。不久，身边只剩下数十骑兵的颉利可汗迎头撞上了李道宗的大同军。一番激战后，唐将张宝相将颉利可汗擒获。突利可汗随后归降，被封为北平君王。突厥大将执失思力、阿史那杜尔、阿史那思摩以及契苾何力等悉数归降，都受到唐朝的重用。真珠可汗夷男也上表表示归顺。

此战过后，突厥对中原的袭扰得到了遏制，还对周围的其他少数民族政权起到了极大的震慑作用，大唐此后极少收到来自其他民族的袭扰，而且突厥的实力得到了极大的削弱，从而保障了中原地区的经济发展，同时增广了唐的北方统治面积。

而这三个月里，北方的捷报接二连三的传回长安，大唐从皇帝到乞儿无不欢欣鼓舞。

几年前的渭水之盟，突厥的强势一去不返。

这无不证明大唐的强盛，百姓们甚至每日在街头等着传捷报的快马。

这是大唐建国以来，最为成功的一次翻身，它不再是一个弱国！

李二这些日子每天都是一副笑脸，在他的统治下，突厥败了，连颉利都被俘了！就连去大安宫给李渊请安的次数都变多了，他要父皇看看，曾经的决定是错的！

而胜利之后，突厥的俘虏却成了一个问题！

李二召集群臣讨论对其如何处置的问题。多数朝臣建议“分其种落”，迁徙河南，散居州县，各使耕田，变其风俗，使之“化而为汉”。温彦博提出不同意见，他主张仿照“汉建武时，置降匈奴于五原塞下”的办法，把突厥安置在河南一带的朔方之地，“全其部落，得为捍蔽，又不离其土俗，因而抚之，一则实空虚之地，二则示无猜之心”。但温彦博的主张遭到秘书监魏征的激烈反对，他认为突厥自古为患，难以管理，安置内地，等于“心腹之疾，养兽自遗患也”，主张将这部分人仍然置于边疆，使之“居其旧土”。

温彦博坚持己见，主张以德怀之，他说“教其礼法，选其酋首，遣居怀德，何患之有？”温彦博提出的安置突厥办法的实质，是以尊重突厥族的生产方式、风俗习惯为基点，给予突厥族以某种限度的自治权力，显然是在团结的基础上，采取开明的民族同化政策。

李二最后采纳了温彦博的建议，将10万户突厥族迁入中原，其中三万家定居在长安；在东起幽州，西至灵州一带地方置顺、佑、长、比四州都督府安置内附突厥人民，任命突厥本族首领为都督或刺史，统帅原来部众；又挑选突厥族部分贵族担任京官武职，其中五品以上的将军、中郎将约有百余人。