当初，始毕可汗以自己的叔父苏尼失（启民可汗的亲弟弟）为沙钵罗设，管辖五万多家，以灵州西北作为自己的大本营。等到东突厥内乱后，只有苏尼失一直对颉利可汗忠心耿耿，突利可汗降唐后，颉利可汗就任命苏尼失为小可汗。等到颉利可汗败逃后，就依附于苏尼失，打算再向西南，投奔吐谷浑。大同道（一说是指今内蒙古自治区乌拉特前旗佘太镇）行军总管李道宗率军包抄而来，命苏尼失送来颉利可汗。颉利可汗率领数名骑兵趁夜逃跑，藏匿到山谷之中，苏尼失害怕了，派骑兵追上将颉利可汗抓住。
三月十五日，大同道行军副总管张宝相率军突然包围了苏尼失的大营，生擒颉利可汗，苏尼失也率众投降，漠南之地遂无人居住了。
此战彻底消灭了东突厥，唐朝边境也拓展到阴山以北、漠南一线。战后，唐太宗对李靖给予高度评价，他说：“李陵昔日率领区区五千步兵竟然敢于渡过沙漠，虽然最终还是投降了匈奴，但其功劳尚且记载在青史上；李靖率领三千骑兵，深入敌境，夺占定襄，前所未有，这足以能一雪我在渭水的耻辱了！”晋封李靖为代国公；又任命李世勣为光禄大夫，行并州大都督府长史；苏定方也被晋升为左武候中郎将。
唐太宗不费吹灰之力就平定了东突厥，可谓奇迹，也可以说是天意。其实，在这一点上，唐太宗的文治武功并没有起到太大的作用，即便是李靖、李世勣等人向东突厥发起总攻时，唐太宗能够调动的兵力也仅有十万，这也说明当时的唐朝国力也好不哪去。客观上说，东突厥的衰亡最大因素是发生在贞观元年到贞观三年之间漠北罕见的一场大灾难，严重的雪灾让东突厥损失惨重，各部矛盾逐渐激化，也让颉利可汗不得不来到相对温暖，但却是陌生而又危险的漠南苟延残喘，这就给了唐军一个绝佳的时机。
在生擒颉利可汗之前，三月三日，唐太宗以突厥夹毕特勒阿史那思摩为右武候大将军。阿史那思摩，史书无传，从陕西省礼泉县出土的李思摩（后赐姓李）墓志铭可知，其曾祖父是突厥第一任大可汗伊利可汗阿史那土门，其祖父为突厥第四任大可汗佗钵可汗（一说是西突厥达头可汗），其父咄六设，武德七年，颉利可汗、突利可汗连兵南侵时，阿史那思摩奉命来到长安，被封为和顺王。阿史那摄图因相貌不像突厥人，在突厥国内一直未受到重用，一直心向唐朝，唐太宗加封其为右武候大将军就是考虑将来以其统领突厥的部众。五日，突厥思结俟斤率领四万部众前来投降。十一日，唐太宗任命突利可汗为右卫大将军，封北平郡王。十九日，蔡公杜如晦去世，终年四十六岁。
颉利可汗很快就被送到了长安。四月三日，唐太宗驾临顺天楼（皇城南门楼），举行盛大的献俘仪式，将颉利可汗带到御座跟前，斥责他道：“你继承父亲兄长的基业，却肆意妄为，自取灭亡，这是第一罪；屡屡与我盟誓，却总是违背，这是第二罪；自恃强盛，穷兵黩武，搞的白骨蔽野，这是你的第三条大罪；蹂躏我庄稼，劫掠我子女，这是第四条罪过；我赦免了你的罪过，保存了你的社稷，而你却迟迟不来，这是第五。不过，自从我们在渭桥结盟之后，你就不再大举入侵了，这也是饶你不死的原因。”颉利可汗哭着道谢，唯唯而退。唐太宗下令太仆寺对其好好招待。
太上皇李渊听说生擒了颉利可汗的喜讯，叹息道：“汉高祖刘邦被匈奴围困于白登山，却不能复仇，如今，我儿子能灭掉突厥，这说明我托付得人，我还有什么可担忧的呢！”李渊在凌烟阁设宴，召来唐太宗与十几名朝廷重臣以及宗室诸王、公主、嫔妃一起欢宴，酒酣耳热，李渊亲自弹起琵琶，李世民翩翩起舞，在座贵臣纷纷起身敬酒，一直喝到夜深才罢。
一百四十五、平定突厥（6）
据户部上报，贞观三年，从塞外逃回的汉人以及归降的少数民族，就有一百二十多万，到了贞观四年平定东突厥之后，突厥部落有的向北归附了薛延陀，有的向西逃奔了西域，投降唐朝的又有十万多人，李唐朝廷马上就面临着一个如何安置这些突厥降众的问题。
唐太宗下诏命令群臣商议一个妥善的处理办法。
朝廷群臣大多认为：“北方少数民族自古以来就是中原王朝的祸患，今天万幸将其消灭了，就该将他们全部迁往黄河以南的兖州、豫州内地，打乱他们的部落，将他们分散到各个郡县里，教会他们农耕，这样一来就可以把少数民族转化为农民，也好令塞北之地永远空无人烟。”
中书侍郎颜师古的意见则是：“突厥、铁勒都是古代中原王朝一直无法臣服的部族，而陛下却能够臣服他们，请求把他们安置在黄河以北，分别设置酋长，统领部落，则永无后患了。”颜师古的意见不同之处有二：一是地域在黄河以北；二是不打乱其原有的组织机构；三是不改变其原有的生活方式。
礼部侍郎李百药认为：“虽说突厥是一个国家，但其种落繁多，各有酋长，如今应当把他们遣散，由各个部落推举各自的酋长，相互之间没有隶属关系，如果还想继续保留阿史那氏的话，也只让他们管理本部落。把突厥分割之后就容易控制了，各个部落之间势均力敌，也就难以相互吞并，他们各自保全自己，也无法与中央政府相抗衡了。另外，还请求在定襄设置都护府，对突厥部众进行管理，这才是安定边境的长远之策。”李百药的意见主要是：一、分化突厥各部；二、否定阿史那氏的宗主地位；三、安置在北方，并设立都护府进行管理。
夏州都督窦静反对把突厥人安置到内地，他认为：“少数民族的本性就像禽兽，难以用刑罚吓阻，又无法用仁义感化，况且，他们根本不会忘记故土之情。把他们安置在国中，有害无益，一旦国内出现动乱，肯定会犯上作乱。不如趁其败亡之际，对他们法外开恩，给他们的酋长封王封侯，嫁给他们宗室之女，分割他们的土地，拆散他们的部落，让他们力量分散，权力削弱，易于控制，就可以确保他们永做帝国的藩臣了。”窦静的建议与李百药的大体相同，但又加上了与突厥上层联姻一条。
温彦博认为：“将突厥人迁往兖州、豫州，也违背他们的本性，不符合养育之道。请求按照光武帝刘秀将匈奴安置在塞下的做法，保全他们的部落，尊重他们的风俗习惯，填充空虚之地，令他们作为中国的屏障，这是善策。”
魏征认为：“突厥世代侵扰中原，是百姓们的仇敌。今天幸而败亡，陛下因其归降，不忍屠杀，那就该把他们放归故土，不可留在中国。少数民族人面兽心，弱小就臣服，强盛就背叛，这是他们的本性。如今，投降的近十万之众，数年之后，人口繁衍可以翻倍，一定会成为我们的心腹之患，到时候后悔都来不及了。西晋初年，各少数民族与汉人杂居，郭钦、江统都劝说晋武帝把他们驱赶到塞外，以防患于未然，可是晋武帝没有听从，二十余年后，果然天下大乱，洛阳之间成了少数民族纵横驰骋之地，这是前车之鉴啊！”
温彦博反对说：“王者对于天下万物，就像上天和大地一样无所不包，如今突厥穷途末路，前来归附我们，为何将他们抛弃，拒不接受呢！孔子说：‘有教无类。’如果将他们从死亡中拯救出来，进行教化，数年之后，全都能变成我们的臣民，再从中挑选出他们的酋长，令他们入宫担任禁卫军将领，他们害怕威严，感恩戴德，又会有什么后患呢！”
唐太宗最终没有采纳魏征的意见，而是采纳了温彦博的意见，把突厥人安置在东起幽州，西到灵州这一广大地区；把突利可汗统辖的地域划分成顺州、祐州、化州、长州四个都督府；把颉利可汗统辖的抵御划分为六个州，左边设置定襄都督府，右边设置云中都督府，以管理突厥部众。