贞观八年（即公元634年），吐谷浑允伏采纳了权臣天柱王的谋划，袭击廓州（即今青海化隆西南），这使得通往西域的丝绸之路遭受到威胁，不久吐谷浑国控制了丝路咽喉河西走廊地区，李世民遣左骁卫大将军段志玄率军击之，但吐谷浑允伏并不与其作战，率族人远遁逃跑，待唐军撤军又回故地，继续派兵侵扰凉州（今甘肃武威）。
大唐贞观九年（即公元635年），面对吐谷浑允伏的一再挑衅，唐太宗李世民盛怒之下，起用已经还乡的右仆射李靖为大将军、西海道行军大总管，统领兵部尚书侯君集、刑部尚书李道宗、凉州都督李大亮、岷州都督李道彦、利州刺史高甑生等诸道行军总管，并联合归附大唐的东突厥及契苾何力军团攻打吐谷浑。
唐军从六路进军，允伏听从天柱王的建议采用逐一击破的对策，他首先选定的是唐六路军中实力最为薄弱的刑部尚书李道宗部。
公元635年闰四月初八，李道宗部与库山（今青海湖东南）与吐谷浑军相遇，李道宗部相对薄弱初次作战，交战不利。更何况大唐初年兵马匮乏，骑兵稀少，用步兵与驰骋草原的吐谷浑军队作战，乃是兵家大忌。正与李道宗犯愁之际，东突厥救援骑兵杀到，李道宗让东突厥部队隐藏在库山山后，带两军作战之时，从山后杀出，打吐谷浑军一个两面夹击，措手不及。吐谷浑允伏与唐军交战，果然中计，军队大败。
允伏急忙撤军，并且在撤军时放火烧尽野草，轻兵入磧。此时唐军师次鄯州，李靖议所向，唐军将领皆认为马无草瘦、疲，不可深入击之。唯有侯君集认为：“王师已至，而贼不走险，天赞我也。若以精兵掩不备，彼不我虞，必有大利。若遁岨山谷，克之实难。”
李靖采纳了侯君集的建议，分兵两路，追击吐谷浑军。李靖本人率领李大亮等亲自由北路晋军切断他通往祁连山的退路，并且迂回至吐谷浑国都伏俟城（即青海湖西），侯君集、李道宗等人由南追击南逃的吐谷浑军。
李靖所率领军队骁勇无敌，先后在曼头山、牛心堆（今青海湖地区）连续击败由吐谷浑国各路亲王所统领的吐谷浑军队，斩杀其亲王数十人。南路侯君集部队，极速追击，穿越两千余里的无人之境，于乌海（今青海苦海）大破允伏军团，允伏率领余继续逃窜。
唐军南北两路会师，李靖统领诸军由经过积石山（今青海阿尼玛卿山）河源（黄河源）追击至且末（今XJ且末）。契苾何力通过与游牧人打探，得知吐谷浑允伏现已逃至图伦磧（今XJ且末以西），将要逃窜到阗。李靖随即下令，轻装直入，在图伦碛袭击了吐谷浑允伏的营帐，歼灭允伏亲卫军数千人，俘虏数千人。允伏侥幸再度出逃，与黄河源区域，被部众所杀（也有人说允伏是自挂东南枝，或者在乱军中被杀死）。此战李靖穷追猛打、分兵合击，击败了吐谷浑军，保障了唐丝绸之路的畅通，同时亦保障了唐陇西右道的安全。
唐诗人王昌龄曾从军作诗赞扬这场战役：
从军行七首
烽火城西百尺楼，黄昏独上海风秋。
更吹羌笛关山月，无那金闺万里愁。
琵琶起舞换新声，总是关山旧别情。
撩乱边愁听不尽，高高秋月照长城。
关城榆叶早疏黄，日暮云沙古战场。
表请回军掩尘骨，莫教兵士哭龙荒。
青海长云暗雪山，孤城遥望玉门关。
黄沙百战穿金甲，不破楼兰终不还。
大漠风尘日色昏，红旗半卷出辕门。
前军夜战洮河北，已报生擒吐谷浑。
胡瓶落膊紫薄汗，碎叶城西秋月团。
明敕星驰封宝剑，辞君一夜取楼兰。
玉门山嶂几千重，山北山南总是烽。
人依远戍须看火，马踏深山不见踪。
吐谷浑允伏之子吐谷浑顺斩杀当时的权臣天柱王，率吐谷浑国人归顺大唐。唐太宗封其为可汗、西平郡王。但是吐谷浑顺在中原生活太久，手下众将不服，吐谷浑国产生了分裂，分裂为东西两部。吐谷浑国于贞观八年（即公元634年）受到来自吐蕃的松赞干布与羊同进攻，此时又受到唐军的进攻，西部由吐谷浑允伏子吐谷浑达延芒结波率领，居于鄯，迫于无奈，降服于吐蕃；东部由吐谷浑顺率领，居于伏俟城，但是待唐军撤退后，吐谷浑顺就被手下杀害了。
吐谷浑顺死后，他的儿子吐谷浑诺曷钵继位，唐朝惧怕吐谷浑再出内乱，举兵声援他，封他为河源郡王，号乌地也拔勒豆可汗。