当唐太宗发现突厥已出现了分崩离析的征兆之后，就向梁师都下书劝其投降，但梁师都却置若罔闻，于是，唐太宗就派夏州都督长史刘旻、司马刘兰成拟定消灭梁师都的计划。刘旻等人屡屡派遣轻装骑兵突入梁师都辖区，践踏其国内的庄稼，又派人散布谣言，离间其君臣，很快，梁师都国内经济衰退，国民纷纷投降唐朝。其名将李正宝等人阴谋扣押梁师都，结果阴谋败露，逃归唐朝，从此之后，梁师都君臣上下猜疑，刘旻知道时机已经成熟，遂上书请求唐太宗发兵。
接到刘旻的请求之后，唐太宗即派遣右卫大将军柴绍、殿中少监薛万均率军北上，向梁师都发起了进攻；又命令刘旻等人进驻朔方东城（今陕西省横山县）压制梁师都。梁师都领着突厥军队来到城下，刘兰成偃旗息鼓，拒不出战。等到梁师都趁着夜色回撤时，刘兰成却出城追击，将梁师都和突厥军队打得大败，并乘胜包围了朔方。《旧唐书?薛万彻传》记载：“未至朔方数十里，突厥四面而至，官军稍却。万均与万彻横出击之，斩其骁将，虏阵乱，因而乘之，杀伤被野。”突厥人不敢、无暇也无力组织大军赶来救援，唐军将朔方团团围住，最终城内粮食吃尽，四月二十六日，梁师都的堂弟梁洛仁杀死了梁师都，献出城池投降，唐朝以其地为夏州。《新唐书?薛万均传》记载：“诸将以城险未可下，万均曰：‘城中气死，鼓不能声，破亡兆也。’”
梁师都自公元617年起兵一直持续到如今被消灭，历时十二年之久，是隋末大乱中延续时间最长的变民集团。
一百四十三、平定突厥（4）
贞观二年，唐太宗趁突厥内乱之际消灭了梁师都，解除了关中地区正北方向的威胁，也为唐军下一步组织对突厥大规模的进攻创造了条件。
除此之外，东西突厥内部均陷入大乱，东突厥与唐朝之间的实力对比进一步朝唐朝一方倾斜：
一是东突厥。东突厥颉利可汗还在与突利可汗缠斗；原来归附于东突厥的薛延陀、回纥等部纷纷脱离东突厥西逃，极大地削弱了东突厥的实力；原来依附于突利可汗的东突厥东部地区的契丹、白霫等部族也纷纷南下，归顺唐朝，让东突厥更是雪上加霜；还有持续的自然灾害，丝毫没有停息的迹象。
二是西突厥。贞观元年，西突厥统叶护可汗派遣真珠统俟斤与高平王李道立回到了长安，向唐朝献上万钉宝钿金带和五千匹战马，作为聘礼，来迎接唐朝公主。颉利可汗当然不愿看到唐朝与西突厥结盟，他屡屡派兵骚扰唐朝边境，并派人对统叶护可汗说：“你要想迎接唐朝公主，必须从我的国境内通过。”唐朝公主一直未能成行。统叶护可汗自恃强盛，不爱护百姓，弄得国内民怨沸腾，歌逻禄种族人纷纷叛逃。贞观二年，西突厥内部就发生了一场突如其来的政变，统叶护可汗被他的伯父杀死，其伯父自立为可汗，号称莫贺咄侯屈利俟毗可汗；国内不服，弩矢毕部推举泥孰莫贺设为可汗，但泥孰莫贺设没有答应。统叶护可汗的儿子咥力特勒逃到康国（巴尔喀什湖以北）避难，泥孰莫贺设把他接到本部落，拥立为可汗，号称乙毗钵罗肆叶护可汗。乙毗钵罗肆叶护可汗阿史那咥力与篡位的叔祖莫贺咄侯屈利俟毗可汗（史料失去其名字）连年相互厮杀，双方都派使者来到唐朝，请求与唐朝结为亲家，但唐太宗均不答应，说道：“你们西突厥国内大乱，君臣不定，谈什么婚约！”并要求他们双方各自守好自己的疆界，不要再相斗了。由于西突厥也发生了内乱，原本臣服于西突厥的西域各个小国以及原隶属于西突厥的敕勒部落也都纷纷叛离，西突厥也一分为二，实力大大削弱。
三是薛延陀、回纥等部。薛延陀、回纥等敕勒各部脱离东突厥之后，并没有当然地投入西突厥的怀抱，而是选择了独立，与此同时，东西突厥北方的很多部族也都纷纷脱离突厥的统治，归顺了薛延陀，公推其俟斤（即酋长）夷男为可汗，但夷男推辞不敢当。一直密切关注北方局势走向的唐太宗深知唐朝最大的敌人是东突厥颉利可汗，他也深谙扶弱抑强的道理，当得知此情后，立即派游击将军乔师望携带诏命从小路找到了夷男，加封夷男为薛延陀真珠毗伽可汗，并赏赐给他旗鼓仪仗。夷男大喜过望，派人向唐朝进贡，在郁督军山（今蒙古国杭爱山）下建立牙帐，建立了薛延陀汗国，东至靺鞨，西接西突厥，北到俱伦水（贝加尔湖），南达大沙漠，全归他的统治，下辖回纥、拔野古、阿跌、同罗、仆骨、白霫等各部落。
由此可见，东突厥已分崩离析，北有薛延陀，南有突利可汗和唐朝，西有西突厥，到贞观二年，颉利可汗已是四面楚歌。九月十六日，颉利可汗率领东突厥军队南下骚扰唐朝边境，意欲夺回梁师都的旧地，唐朝群臣建议调发百姓，修补古长城和沿边的堡垒。其实，颉利可汗的这次入侵是一次虚张声势，正是由于他担心唐军会趁机讨伐自己，才故意向唐朝展示武力，唐太宗洞若观火，并已有条不紊地进行着战略布局，所以，他胸有成竹地对大家说：“突厥国内盛夏却天降严霜，五个太阳一起出现在天空，三个月内接连出现白昼现象，漫山遍野冒出的都是红色之气，灾害连绵不断，他颉利可汗却不知敬畏上天；他迁徙无常，牲畜大量死亡，这是他不用地力；突厥风俗实行火葬，如今却也修建坟墓，背弃父祖之命，这是怠慢鬼神啊；又与突利可汗不和，连年征战，这是与亲戚不和睦，他不知广施恩德，反而更加残暴，骨肉之间相互厮杀，有这四点，他的灭亡指日可待。朕正要替你们大家扫清北方，无需劳动我百姓去修这些个防御工事！”遂以司农卿窦静为夏州都督。