吐谷渾攻占涼州后，唐太宗決定進行大規模的打擊。他原打算派遣年老的李靖擔任指揮官，但因考慮到李靖已經63歲高齡，遲遲沒有做出決定。然而，當李靖得知此事后，他自愿請纓，唐太宗非常高興。于是，在十二月，特進李靖被任命為西海道行軍大總管，兵部尚書侯君集成為積石道，刑部尚書任城王李道宗成為鄯善道，涼州都督李大亮成為且末道，岷州都督李道彥成為赤水道，利州刺史高甑生成為鹽澤道行軍總管，同時突厥和契苾部隊的協助下，共同出兵討伐吐谷渾。在整個行動過程中，一些黨項和西羌部落擔心唐朝會將他們吞并，因此選擇加入吐谷渾的反抗陣營。

　　635年夏，唐軍開始反擊吐谷渾軍，經李道宗對伏允取得一些小的勝利后，伏允又使用了與對付段志玄相同的策略，焚燒草地逃走。李靖絕大多數下屬認為，沒有足夠的牧草，進行遠征是一種冒險，并表示撤軍。但侯君集表示反對，指出這是摧毀吐谷渾的機會。李靖采用侯君集策略，分部隊為兩支，李靖自己和薛萬均、李大亮進擊西北，侯君集和李道宗進擊西南。兩路都取得成功，只有一次戰斗中，薛萬均和他的弟弟薛萬徹中了吐谷渾陷阱而幾乎被殺，幸虧契苾何力的救援，才保住一命。最終李靖得知伏允的位置，擊敗他的殘余勢力，伏允敗走。貴族擁立伏允和妻子隋朝光化公主的大兒子大寧王慕容順為主，慕容順一直反感自己沒有被立為王儲，他殺害了天柱王，投降唐軍。伏允逃亡中，被部下所殺。唐太宗以慕容順為西平郡王、趉故呂烏甘豆可汗(甘豆可汗)，接替伏允。