由于政治问题的干扰，第二次西征未获全功。但唐高宗并不着急，因为他明白“事在人为”，而这次西征就发掘出了大人才：公元七世纪什么最重要？人才！具体而言，就是苏定方先生了。
比二十年前幸运的是，苏定方完全没有受到政治斗争的牵连。因为唐高宗是个明白人，只要起用这样的将才，西突厥就是秋后的蚂蚱——蹦不长了。公元657年，就在处罚程知节和王文度的同时，唐高宗任命苏定方为伊丽道行军大总管，发动了第三次西征。
苏定方终于媳妇熬成婆，可以不受干扰地展露拳脚了。但从一员前锋猛将跃升为大军之主帅，意味着不仅要善于捕捉稍纵即逝的战场机会，更要有统揽全局、高瞻远瞩的战略眼光。很明显，梁建方、程知节虽是在万军中取上将首级的绝顶勇士，却缺乏担当统帅重任的能力。那么，同样以勇猛闻名的苏定方，会重蹈他们的覆辙么？
面对朝野疑问的目光，苏定方心中其实已有韬略：前两次西征之所以未获全功，正是因为战略上出了问题。无论是弓月道行军还是葱岭道行军，唐军主力都是沿着天山山麓一路推进，正面进攻西突厥各部落的聚居地，因此必然面临西突厥人的层层狙击，罪魁贺鲁却可以稳坐后方从容调度指挥。如此一来，劳师远征的唐军就打成了阵地攻坚战，焉有全胜之理？
所以，苏定方制定了石破天惊的“外线包抄、向心突击”新战略：为了避开西突厥人重兵驻守的天山防线，苏定方亲率精骑北上大漠，召集忠于唐朝的漠北部落藩兵，然后沿着阿尔泰山脉以北的荒原急速行军，大迂回至阿尔泰山脉西麓的曳至河（今额尔齐斯河上游）后，突然南下击破西突厥人的侧翼软肋，逼迫敌军仓促进行主力会战。与此同时，为了掩盖北线的战略意图，唐朝又任命归顺的西突厥大贵族阿史那.弥射、阿史那.步真两人担任流沙道安抚大使，大张旗鼓地沿着南道西进，吸引贺鲁的注意力。
这个伟大的构想，证明了苏定方高超的军事素养。但思想的伟大性往往与实践的艰巨性成正比。苏定方的行军路线远离水草丰美、后勤便利的地区，先是要跨越渺无人烟的大漠，然后又要在寒冷彻骨的西伯利亚荒野长途跋涉，真是不走寻常路。史书记载，一路上唐军将士要经过大雪覆盖厚达两尺的地带，冻饿饥馑之苦自不待言。这次悄然的长征持续到冬季十月，最后能跟上苏定方马蹄的藩汉将士合计才一万余人。
当终于望见阿尔泰山的雄伟身姿时，唐军将士无不欢声雷动。他们一路上忍耐的苦难和折磨，此刻都爆发成猛烈的战斗欲望。苏定方率军翻山南下，闪电般地突击了驻牧山脚的西突厥处木昆部落，其酋长只以为神兵天降，带着数万部众不战而降。苏定方好言相慰，又从中选拔了一千多人补充队伍兼任向导，沿着曳至河长驱西进，马不停蹄直扑贺鲁的大本营！
闻听唐军天降，西突厥国中大乱。贺鲁只得搜罗汗廷周边各部，亲自带队迎战。但西突厥毕竟国势雄厚，仓促间竟然也能凑出来十万人马，反观唐军仅有一万且人饥马乏。贺鲁不禁哈哈大笑：什么天兵天将，来送死的小鬼罢了！于是下令全军出击。
迎接十万规模的骑兵冲锋，这种待遇可不多。近世以来，也就杨素和达头可汗一战可以相比。但杨素当年带了精兵数万，更有傲视天下的重甲骑士，而苏定方的家当却只有伤病劳累的一万人啊！无论哪一派军事理论，“孤军深入，以一敌十，以劳敌逸”，条条都是不可能。但苏定方之所以是苏定方，正是因为他的词典里没有“不可能”这个词。
如果要评出长途闪击的运动战大师，中国古代历史上除了霍去病，就得属苏定方了。而进一步能在运动战和阵地战之间顺畅切换、动静皆宜的多面手将领，恐怕连霍去病都不如苏定方。曳至河会战就淋漓尽致地展现了这一点。
在得到贺鲁大军逼近的情报后，苏定方冷静地观察了战场地形，发现此地南低北高，于是命令七千骑兵下马，转为步兵列阵于南原，剩下的三千骑兵由他亲自率领隐蔽于北原。当旭日升出阿尔泰山之巅时，精密的军阵已布设完毕。苏定方勒马立于骑兵阵中，只待最后决死的一战。
须臾之后，在蓬勃朝阳的背衬下，十万突厥骑兵蜂拥而来。马群的蹄铁踏响了大地，互相撞击的兵器敲响了上天。闷雷般的轰鸣声翻滚而来，仿佛全天下的铁匠铺一起开动，万千铁锤击打砧板，万千风箱鼓动烈焰，让遮天敝地的燥热肃杀之气迎面涌来。
这，就是战争的气息。
贺鲁大军向南原的步兵方阵发动了猛烈的冲锋。
唐军方阵的前列都是参加过上次西征的老兵，俱是周身铁甲、长枪重斧，因与西突厥人血战无数，人皆有同袍好友牺牲之仇，而无偷身苟活之念。尤其是第一列的陌刀士，人皆高大威猛，面作降魔金刚之状，咬牙怒目，愤心切齿。只见满目黑色盔甲之间，两丈长刀如墙而列，在朝阳之下寒光闪耀，如同蓄积在乌云之中的闪电，势要喷薄炸裂而出。三排老兵之后约有十步，是三千射技精湛的弓弩手，再后面十步是横刀持盾之士，也都是刀法精熟、久经战阵之辈。
在如此勇士的面前，贺鲁显然重蹈了老祖宗达头可汗的错误：低估对手。他没有采用突厥人擅长的轻骑兵骑射战术，而是狂妄地发动了直接冲锋。连续三轮惊涛骇浪般的冲锋下来，唐军阵地犹如风暴中的礁石，犹自岿然不动。突厥人士气大为受挫。
苏定方冷静地观望着战局，发现远处马蹄扬起的烟雾比前几次散乱了许多，看来突厥人的军心和阵型有所动摇。此时不取，更待何时！他立即率领三千骑士出击，猛烈突击突厥人的侧翼。只顾盯着步兵方阵的突厥军大乱，不知道有多少唐军杀至，顿时化作鸟兽散。苏定方挥军追击三十多里，激战竟日，斩俘多达三万余人。第二天，苏定方继续率军进攻。被吓破胆的突厥军不战而溃，从中亚赶来助战的胡禄屋等五个部落生怕枉死异乡，干脆全体战场投诚。贺鲁只能带着数百亲随西逃。
曳至河大捷的消息很快传遍了西域大地。盘踞新疆一带的西突厥左厢五部，一直是狙击唐军西征的拦路虎，如今听闻唐军空降到了大后方的汗廷，而且一举击败了可汗的中央军，个个吓得魂不守舍。结果，负责南道行军的弥射和步真两人一到，左厢五部就立马投降了。
话说贺鲁向西北方逃去，一路逃到今天的哈萨克大草原，希望召集草原部落重振旗鼓。而苏定方一贯是“穷寇必追”的风格，岂能容他？唐军副将萧嗣业、回纥酋长婆闰率领前锋一直追踪到邪罗斯川（今塔拉斯河，从吉尔吉斯斯坦流入哈萨克斯坦），请求苏定方率主力增援。
当时天降大雪，史书记载雪深“平地二尺”，将士们请求等雪停天晴再启程。苏定方断然道：“大雪是福不是祸。我军行动不便，贺鲁也一样！他以为我军不能追击，必然歇息停留。我们出其不意地急追，必能获胜！”于是亲率唐军和降伏的西突厥部众，顶风冒雪昼夜兼行。行至双河（今新疆博乐市，与哈萨克斯坦接壤），他又与弥射、步真部队会师，军力更为壮大。接下来的战斗完全是二十年前突击颉利牙帐的翻版，苏定方率大军发动突袭时，毫无防备的贺鲁正召集军队准备打猎呢。正在阅兵场上集结的西突厥军乱作一团，被当场斩杀俘获数万之众，可汗的象征狼头大纛也被缴获。贺鲁只带着家属向南逃往藩属的石国（今乌兹别克斯坦首都塔什干一带）。
连续两次大捷彻底摧毁了西突厥汗国的实力。但辽阔的西域长期受西突厥统治，和华夏的政治、文化联系疏远，如果唐军不能收服当地民心，只怕贺鲁又会卷土重来。难能可贵的是，苏定方既有霹雳手段，又有菩萨心肠，实乃文武全才。上一次西征时，唐军大胜之后骄气横生，副帅王文度带头抢掠攻占的西域城镇，主帅程知节也默许纵容，只有苏定方怒道：“西突厥人暴虐对待西域百姓，所以我等前来讨伐贼军，如果我军与西突厥人一样作为，岂不也成了贼？”。结果全军狂欢中，只有他一人没有染指分毫。
如今做了主帅，苏定方可以贯彻自己的理念了。他制定了秋毫无犯的军事纪律，释放了贺鲁抢掠来的各族奴隶，又把俘虏的降众放归故乡，西突厥各部落和中亚藩属国喜出望外，很快恢复了正常的经济生活秩序。紧接着，他又组织唐军和当地民众修筑道路，设置横贯东西的邮驿系统，把广阔的西域和大唐紧紧地联系在了一起。
苏定方的善意和智慧，终于获得了忠诚的回报。贺鲁带着儿子、女婿等人刚逃到石国边境，就被石国国王关押起来，随后献给了萧嗣业率领的追捕队。
公元657年年底，苏定方率领西征军凯旋，受到了帝国朝野的热烈欢迎。唐高宗亲自在长安主持了盛大的凯旋献俘仪式，收下了被俘的西突厥末代可汗贺鲁。