八年七月，颉利集兵十余万，大掠朔州，又袭将军张瑾于太原。瑾全军并没，脱身奔于李靖。出师拒战，颉利不得进，屯于并州。太宗帅师讨之，次蒲州；颉利引兵而去，太宗旋师。
九年七月，颉利自率十余万骑进寇武功，京师戒严。己卯，进寇高陵，行军总管左武候大将军尉迟敬德与之战于泾阳，大破之，获俟斤阿史德乌没啜，斩首千余级。癸未，颉利遣其腹心执失思力入朝为觇，自张形势云："二可汗总兵百万，今已至矣。"太宗谓之曰："我与突厥面自和亲，汝则背之，我实无愧。又义军入京之初，尔父子并亲从我，赐汝玉帛，前后极多，何故辄将兵入我畿县？尔虽突厥，亦须颇有人心，何故全忘大恩，自夸强盛？我当先戮尔矣！"思力惧而请命，太宗不许，絷之于门下省。
太宗与侍中高士廉、中书令房玄龄、将军周范驰六骑幸渭水之上，与颉利隔津而语，责以负约。其酋帅大惊，皆下马罗拜。俄而，众军继至，颉利见军容大盛，又知思力就拘，由是大惧。太宗独与颉利临水交言，麾诸军却而阵焉。萧瑀以轻敌固谏于马前，上曰："吾已筹之，非卿所知也。突厥所以扫其境内，直入渭滨，应是闻我国家初有内难，朕又新登九五，将谓不敢拒之。朕若闭门，虏必大掠，强弱之势，在今一举。朕故独出，以示轻之；又耀军容，使知必战。事出不意，乖其本图，虏入既深，理当自惧。与战则必克，与和则必固，制服匈奴，自兹始矣！"是日，颉利请和，诏许焉。车驾即日还宫。乙酉，又幸城西，刑白马与颉利同盟于便桥之上，颉利引兵而退。萧瑀进曰："初，颉利之未和也，谋臣猛将多请战，而陛下不纳，臣以为疑。既而虏自退，其策安在？"上曰："我观突厥之兵，虽众而不整，君臣之计，唯财利是视。可汗独在水西，酋帅皆来谒我，我因而袭击其众，势同拉朽。然我已令无忌、李靖设伏于幽州以待之，虏若奔还，伏兵邀其前，大军蹑其后，覆之如反掌矣！我所以不战者，即位日浅，为国之道，安静为务，一与虏战，必有死伤；又匈虏一败，或当惧而修德，结怨于我，为患不细。我今卷甲韬戈，陷以玉帛，顽虏骄恣，必自此始，破亡之渐，其在兹乎！将欲取之，必固与之，此之谓也！"九月，颉利献马三千匹，羊万口，上不受；诏颉利所掠中国户口者悉令归之。
贞观元年，阴山已北薛延陀、回纥、拔也古等部皆相率背叛，击走其欲谷设。颉利遣突利讨之，师又败绩，轻骑奔还。颉利怒，拘之十余日；突利由是怨望，内欲背之。其国大雪，平地数尺，羊马皆死，人大饥，乃惧我师出乘其弊。引兵入朔州，扬言会猎，实设备焉。侍臣咸曰："夷狄无信，先自猜疑，盟后将兵，忽践疆境。可乘其便，数以背约，因而讨之。"太宗曰："匹夫一言，尚须存信，何况天下主乎！岂有亲与之和，利其灾祸而乘危迫险以灭之耶？诸公为可，朕不为也。纵突厥部落叛尽，六畜皆死，朕终示以信，不妄讨之；待其无礼，方擒取耳。"
二年，突利遣使奏言与颉利有隙，奏请击之，诏秦武通以并州兵马随便应接。三年，薛延陀自称可汗于漠北，遣使来贡方物。颉利始称臣，尚公主，请修婿礼。颉利每委任诸胡，疏远族类，胡人贪冒，性多翻覆，以故法令滋彰，兵革岁动，国人患之，诸部携贰。频年大雪，六畜多死，国中大馁，颉利用度不给，复重敛诸部，由是下不堪命，内外多叛之。上以其请和，后复援梁师都，诏兵部尚书李靖、代州都督张公谨出定襄道，并州都督李勣、右武卫将军丘行恭出通汉道，左武卫大将军柴绍出金河道，卫孝节出恒安道，薛万彻出畅武道，并受靖节度以讨之。十二月，突利可汗及郁射设、荫奈特勤等，并帅所部来奔。
四年正月，李靖进屯恶阳岭，夜袭定襄，颉利惊扰，因徙牙于碛口，胡酋康苏密等遂以隋萧后及杨政道来降。二月，颉利计窘，窜于铁山，兵尚数万，使执失思力入朝谢罪，请举国内附。太宗遣鸿胪卿唐俭、将军安修仁持节安抚之，颉利稍自安。靖乘间袭击，大破之，遂灭其国。颉利乘千里马，独骑奔于从侄沙钵罗部落。三月，行军副总管张宝相率众奄至沙钵罗营，生擒颉利送于京师。太宗谓曰："凡有功于我者，必不能忘，有恶于我者，终亦不记。论尔之罪状，诚为不小，但自渭水曾面为盟，从此以来，未有深犯，所以录此，不相责耳！"仍诏还其家口，馆于太仆，禀食之。颉利郁郁不得志，与其家人或相对悲歌而泣。帝见羸惫，授虢州刺史，以彼土多獐鹿，纵其畋猎，庶不失物性。颉利辞不愿往，遂授右卫大将军，赐以田宅。