唐军进攻的第一个进攻目标，是榆幕谷(今新疆维吾尔自治区吉木萨尔县北)。西突厥的葛逻禄部落以及遭受重创的处月残部驻守此地。显庆元年(656)八月，由程知节亲率一部进抵榆幕谷，非常容易地击溃了葛逻禄、处月二部，斩杀一千多人。随后，副统帅周智度领兵攻击咽城(今新疆维吾尔自治区额敏县)，西突的突骑施、处木昆两部落驻守此城，他们共有数万重兵，还修筑了坚固的城防工事。但突厥人仍然挡不住唐军的猛烈进攻。结果这两个部落一共被斩杀三万多人，咽城也被唐军攻下了。
唐军首战告捷，这一年的十二月，经过休整以后，程知节率大军冒着严寒继续南下，直通鷹安川(开都河上游)。阿史那贺鲁亲率二万精锐骑兵阻击唐军，西突厥的鼠尼施部落也出动两万多骑兵，从侧翼增援他。在娑川，唐军前锋苏海政率先与阿史那贺鲁交战。双方互有胜负，唐军难以突破西突厥防线。此时，形勢对唐军非常不利，因为鼠尼施部落又从侧翼包抄苏海政。
这时，苏定方正率领五百名骑兵在营外侦察，忽然望见漫山遍野的突厥援兵来了。此刻苏定方面临极为艰难的选择：如果出击，人数太少，可能会全军覆没；要是回去搬救兵，也来不及。危急时刻，老将苏定方毅然命令这五百名勇士立刻出击。西突厥的鼠尼施部落没有料到，面前的这支唐军，来势凶猛，个个以一当十。突厥人很快就阵脚大乱。苏定方ー马当先，率领他的骑兵奋勇冲杀，突厥人迅速溃败，只好掉头逃跑。苏定方紧随其后，穷追不舍，很快就缴获了大量的战马和军用物资。
苏定方以寡敌众，大获全胜，表现勇猛。在他得胜回营时，唐军将士都为他齐声喝彩。副统帅王文度此时寸功未立，这让他的脸面有些挂不住。王文度就对主帅程知节说：“如今最稳妥的战法，应该是把大军组成方阵，将辐重物资放在方阵中央，四面组成防御队列，如果遭遇敌人就可以马上交战，可保证万无一失。
程知节一听，这肯定不是什么好主意，就没理他。王文度马上就恼羞成怒，他随即以“奉皇帝圣旨”为名，宣称程知节“恃勇轻敌”，由他取代程知节统领大军。程知节不清楚皇帝是否真的有这道圣旨，但他还是稀里糊涂地把权力转给了王文度。王文度奇权之后，立刻下令军队按照他先前对程知节说的方法做，结果军中的战马都累瘦了，土兵也非常疲劳，毫无斗志。
苏定方去找程知节，义愤填膺地说：“大军远征数千里，本来就应主动进攻，速战速决，可如今却结阵自守，搞得马都饿死了，士兵也疲了，现在要是遇到敌人，是必败无疑。皇上既然已经任命老将军为主帅了，怎么可能另派一个副手接管兵权？此事必定有诈，在下请求马上因禁王文度，然后派人迅速回朝禀报。
也许，程知节老了。他宁可相信王文度是如他所说，是天子派来节制他的，也不敢冒着抗旨的危险重新夺权。到了显庆元年(656)的十二月底，唐军疲惫不堪，来到了恒笃城。这里只居住着数千经商的胡人，唐军一到，他们马上归降。王文度驴技穷，他见此时的士兵们已经斗志全无，只有班师了。随后王文度下令血洗恒笃城，并且把胡人的财物瓜分一空。只有苏定方拒绝分赃。
唐军随后班师回朝，王文度因伪造圣旨被捕，程知节也因贻误战机被问罪。唐高宗赦免了二人的死罪，但罢免了他们的官职。此次西征，唐军的收获就是在榆慕谷的战斗中，夺取了葛逻禄部落的土地，唐朝随后设置了阴山和大漠这两个都督府。显庆二年(657)国正月，二次西征刚刚结束两个月，唐军发动了对西突厥的第三次远征。唐高宗任命上次立下大功的苏定方为伊犁道行军大总管，再次征讨西突厥，任雅相、回纥婆润等人为副将，还令已归附大唐的阿史那弥射和阿史那步真为安抚大使，亲自招抚西突厥旧部。
此后，苏定方在金山(今阿尔泰山)以北，击破西突厥处木昆部，俟斤懒独禄率领手下一万帐兵众投降。苏定方对他进行安抚，并从他那里挑选了一千精锐骑兵，共同进军抵达曳河(今新疆额尔齐斯河)。西突版阿史那贺鲁听说后，亲率十万大军前来应战。苏定方率唐军一万余人同敌展开战斗。阿史那贺鲁见苏定方军队人数少，就把唐军包围起来。
苏定方令步兵排成环形，占据南面高地，长矛外向、而他亲率精锐骑兵在北原列库。西突厥军连续向唐军步兵发起三次冲锋，都没有能够攻破唐军大阵的铜墙铁壁，很快就士气全无，阵脚大乱。苏定方乘势攻击，阿史那贺鲁的西突厥军队大败，被唐军狂追三十里，数万人马被杀。
第二天苏定方继续进军，胡禄屋等五个部落举众来降，阿史那贺鲁率数百骑向西逃走。五咄陆部听说阿史那贺鲁兵敗，他们纷纷归附了南道的安抚大使阿史那步真。苏定方命令副将萧业、回纥婆润率各部追击败兵，自己和任雅相率领新归附的军队在阿史那贺鲁的后路拦截。正好赶上天降大雪，难以行军，手下人请求稍事休息，苏定方说：＂下大雪路难行，敌军认为我军无法前进，他们士兵肯定会休息，现在一路猛追，趁其不备，可获大胜。
如果放跑了阿史那贺鲁，让他再次远逃，就不能摘获他了！”于是整顿军队，昼夜兼程。行军到双河(今新疆温泉、博乐一带)时，与阿史那弥射、阿史那步真会合，大军很快抵达金牙山(今吉尔吉斯斯坦托克马克以西)。这时阿史那·贺鲁正准备打猎，苏定方乘其没有防备，命令土兵发动进攻，又斩杀了数万人。阿史那贺鲁率其残部继续逃亡，唐军在后面穷追不舍。他们追到碎叶水(今吉尔吉斯和哈萨克境内楚河)时，敌军都被俘房了。阿史那贺鲁只与他的儿子运以及女婚间吸等十多人，连夜逃往石国(今乌兹别克斯坦首都塔什干一带)的苏咄城。
苏定方派副将萧開业一路追击到石国，阿史那贺鲁被石国城主诱捕交给了萧业。此次唐军征伐阿史那贺鲁，共降服了他的部众四十余万。战争结東后苏定方让西突厥各部都回到原来居住的地方，修复道路，设置邮驿，掩埋尸骨，慰问疾苦，划定部落地界，恢复生产，并将阿史那贺鲁抢来的财物、牲畜等全部归还原主。
657年，经过唐太宗李世民与唐高宗李治先后两代人的努力，大唐灭亡了当时西亚最强大的西突版汗国。从此唐朝将中亚全部纳入版图。至此，西域全境也全部回归中华。大唐疆域的最北端跨越蒙古高原，进入西伯利亚叶尼塞河的上游，北海(今贝加尔湖)成为唐朝的内湖；东北最远处到达今黑龙江地区，并跨越日本海，拥有库叶岛；最西端演临西海(今里海)东岸，咸海也成为大唐的内湖；西南越过阿富汗进人巴基斯坦境内，濒临波斯高原，最南端进入越南境内。大唐从诞生起，用了不到四十年的时间，创造了空前绝后的奇迹。
唐太宗在武德九年(626)八月即位，这个ニ十多岁的年轻皇帝，尽管他在即位前已经功名显赫，但是登上帝位的时候并没有得意妄为。在他执政的前五六年中，朝野上下充满着朝气和生机，表现出了一位年轻帝王的活力和进取精神。在他治理下的大唐王朝，呈现出一派欣欣向荣的景象。