此时的南路军，战斗力已几乎为零，但侯君集不愧是李靖的弟子，他临危不乱，又一次慷慨激昂地鼓舞麾下将士们道：“上天没有抛弃我们，在我们走投无路之际，终于送来了希望。打赢此战，我等俱将得生；否则，我等俱将死于此地！”在他的出色指挥下，被高原反应和长期缺粮折磨得骨瘦如柴的唐军将士们创造了奇迹，他们居然以寡敌众，不可思议地打败了伏允的主力，且俘获了吐谷浑的多位首领和大量牲畜。伏允战败之后，带着天柱王等人放弃吐谷浑全境，继续向西方溃逃，准备逃往西域的于阗国。途中，伏允大军路过一支羌人的驻地，该部羌人史称“党项羌”，其首领名叫拓跋赤辞（拓跋赤辞的后人被唐朝赐姓李氏，建立了西夏）。拓跋赤辞本是吐谷浑的属臣，他和他的族人长期受伏允奴役，这时见吐谷浑连遭败绩，大势已去，于是拓跋赤辞派人求见李靖，愿意派人担任唐军的向导。李靖大喜，用厚礼与党项族结交，当面召见拓跋赤辞。拓跋赤辞对李靖道：“小王可以帮助你们彻底打败伏允，但是，我听说你们中原人非常狡诈，不值得深信。倘若你们能够立誓，对我们族人不予加害，那我们党项人就是和你们并肩作战的盟友；反之，我们将占据险要之地，阻止你们前进。”李靖不假思索，与所有唐军将领一起和拓跋赤辞歃血为盟，保证互不侵犯。拓跋赤辞这才告诉李靖：“据小王所知，伏允与西域于阗国的国君交情匪浅。从他此次逃亡的路线看，他很可能正带着部下逃往于阗。那里的气候与这里相比，更加变幻无常，而且还有一望无际的戈壁和沙漠，你们如果决定追击他们，小王可以派人带路，并为唐军提供一些粮食。”
李靖谢过拓跋赤辞，令部将李道彦率一军留守吐谷浑，防止已经投降的吐谷浑军队叛变，自率其余北路军众将集体向西征进，同时派人南下带信给侯君集，让他带齐南路军与北路军在西域的且末国会师。且末国和于阗国一样，也是西域南道的一个小国（相对大唐而言），该国自隋朝以来，一直与中原王朝交好，隋炀帝在位时期，还曾派兵在且末国屯田，用作流放犯人的去处。
有兄弟二人，分别名叫薛万均、薛万彻，昔日是燕王罗艺的心腹爱将，皆有万夫不当之勇。这二人此次也跟随李靖出征，他俩眼红侯君集不久前立下的赫赫战功，于是主动请缨，希望主帅李靖能各授他俩一百骑兵，在前替唐军主力开道。李靖分析之后，对二位骁将道：“你二人虽有勇力，但之前从未到过西域，对吐谷浑军队的习性也不甚了解。先锋一职，本帅早有人选，由突厥、铁勒这二部胡人担任显然更加合适。”薛万均、薛万彻不服，坚持要去。李靖见这二人战意坚决，这才勉强同意，遂依照二位将军的请求，各授予他俩一百骑兵在前开道，又再三嘱咐，让他俩小心行事，切勿轻敌。
薛氏兄弟在党项人向导的指引下，日夜兼程而行，很快就在一处史称赤水源（在今青海省兴海县东南）的地方追上了伏允的军队。伏允之前之所以会败给侯君集，除了侯君集本身具有卓越的指挥才能和坚强的意志，最主要的原因在于他和被李靖打败的那些吐谷浑小首领一样，压根没想到唐军会踩着焦土，冒着九死一生的风险勇闯虎穴，来到吐谷浑的西部边陲，那一日，他正和部下喝着小酒唱着歌呢，就被突然降临的侯君集一举击溃。而这一次，伏允对唐军的追击已然有备，所以在短暂的惊慌之后，发现唐军只有区区两百人的伏允可汗随即下令吐谷浑大军集体转身，对薛氏兄弟展开反攻。薛万均、薛万彻二人果然名不虚传，他俩横刀立马，勇冠三军，带着两百唐军与人数百倍于自己的大量敌军展开激战，共斩杀吐谷浑士兵达数千级，可无奈双方的人数实在相差太多，战到最后，二人的战马皆被吐谷浑士兵杀死，薛万均、薛万彻弃马徒步而战，更加难挡蜂拥刺来的长枪，二人先后身中数枪，终于战至力竭，被敌军团团围困，跟随他俩出战的两百唐军也十死六七。
眼看薛氏兄弟走投无路，即将人头落地，两部骑兵及时抵达，一部骑兵悉数为铁勒人，率领他们的将领名叫契苾何力，本是铁勒族契苾部可汗，唐朝灭突厥之后，契苾部可汗契苾何力仰慕“天可汗”的威名，主动率族人南下归附大唐，被唐太宗拜为左领军将军，负责戍卫张掖、武威等地。另一部骑兵悉数为突厥人，率领他们的将领便是执失思力—与契苾何力一样，执失思力在突厥国灭亡之后，也归顺了大唐，同样被拜作左领军将军。二人胡人大将竭力奋战，将薛氏兄弟从乱军之中成功救出。薛万均、薛万彻对方才的险情心有余悸，问契苾何力等人为何恰好在此时出现。契苾何力解释道：“是李老将军的命令，他担心你二人轻敌，会遭遇不测，特令我等前来接应。”
几位唐军将领因激战多时，俱已疲乏，遂令人就地设营，休整了一夜，到了第二日天明，西方有哨兵来报：“党项人的推测不错，伏允果然正逃往于阗国，他们的军队眼下正在突伦川（古时塔克拉玛干沙漠东南边缘的一条河，过了该河，便是西域南道）一带休整。”
契苾何力听得此事，与薛氏兄弟商议：“我等得立即启程，务必赶在伏允逃入西域之前，将吐谷浑的军队悉数歼灭在突伦川河畔。”薛万均、薛万彻环视营地，见他俩所率的两百唐军在前一战中已几乎折损殆尽，而契苾何力带来的上千名铁勒骑兵却基本完好，人人雄壮。兄弟二人因此窃窃私语道：“继续追击伏允，如果失败还好，万一真的追上吐谷浑主力并彻底打败了他们，这一战最大的功劳必然记在契苾何力头上。他可是胡人，我等岂能坐视一个胡人成此大功呢，不如找个由头婉拒该提议。”二人商议定了，薛万均轻咳数声，面有难色地对契苾何力道：“这位将军，你是知道的，再往西去，即是西域。那里遍地是沙漠和戈壁。党项人是敌是友还难以确认，万一他们与伏允狼狈为奸，故意将我等带入绝地，届时饮水和食物都没有保障。所以依我二人之见，不如等李将军率主力抵达之后，咱们再商议追击伏允之事，你看如何？”
契苾何力性格淳朴，没看出薛万均话中有话，还真以为对方是在为后勤问题担忧。他想了一会儿，安慰两兄弟道：“李老将军的智谋固然无人能敌，但他毕竟年事已高，又行动不便。若等他亲临此地，吐谷浑大军早逃得无影无踪了。放心吧，如果我等行军途中没有食物，可以食用马肉，如果没有饮水，可以饮用马血。我等赶紧动身吧，再犹豫就来不及了。”契苾何力说完，即招呼其他铁勒将士集合，下令他们继续向西前进。薛万均、薛万彻拦他不住，也只好带着稀稀拉拉地数十名骑兵尾随其后。
在契苾何力的指挥下，该部唐军一千多人途径积石山（今阿尼玛卿山）、河源（即黄河源头，在今巴颜喀拉山脉）、突伦川，跨越万水千山、重重险阻，紧追着吐谷浑主力不放。待唐军过了突伦川，在前探路的党项人又送来情报，说伏允等人在好几日前就已经离开了突伦川，如今已抵达西域南道的且末国，从且末往西去，便是他们的最终目的地于阗国。
薛万均、薛万彻听了这话，内心又打起退堂鼓来，都劝契苾何力别再追了—你看，他们早就不在突伦川了，肯定追不上了。契苾何力不肯听从，带着铁勒将士们义无反顾地又踏上西域南道，顶着烈日和沙尘，禹禹前行。西域南道多是沙漠，论气候恶劣，与青海高原相比有过之而无不及，好在铁勒族上下众志成城，众人饿食马肉，渴饮马血，终于赶在伏允等人逃入于阗国之前，在且末国西部边境又一次追上了吐谷浑大军的主力。
伏允可汗自道于阗国就在前方，这一日，正与天柱王等人聚在牙帐中饮宴。帐外忽有士兵来报，说唐军又追过来了，伏允可汗对此不敢相信，他放下酒樽，喃喃自语道：“五千里，五千里啊，此次我等逃亡，已辗转行走了至少五千里，唐国的军队此前从未踏上过高原，也从未深入过西域大漠，是什么样的信念，让他们克服重重困难，居然一路追逐我等来到西域。”
感叹完毕，他果断地抛下吐谷浑大军，仅带着几个年长的儿子和亲信部下一千余人继续逃亡。契苾何力与薛氏兄弟随后领兵杀到，对群龙无首的吐谷浑大军展开了屠杀，一战下来，被杀的吐谷浑士兵达数千人，另有上万士兵，以及二十余万头牲畜被唐军俘虏。契苾何力带人搜遍牙帐，本来满脸喜色的他，表情渐渐黯淡下来，因为他最终只找到了伏允可汗的夫人和数个年幼的孩子，那几位首要战犯，如伏允可汗、天柱王、以及吐谷浑太子等人，又提前逃之夭夭，不知去向了。