吐谷浑再攻凉州后，唐太宗下令大举攻击吐谷浑。他想派大将李靖指挥，但考虑到李靖63岁的高龄，迟迟没有决定。然而，当李靖听说后，他主动请命，唐太宗很高兴，十二月，以特进李靖为西海道行军大总管，兵部尚书侯君集为积石道、刑部尚书任城王李道宗为鄯善道、凉州都督李大亮为且末道、岷州都督李道彦为赤水道、利州刺史高甑生为盐泽道行军总管，辅以突厥和契苾部队，大举讨伐吐谷浑。在这一过程中，一些党项、西羌部落担心他们将被唐朝吞并，于是加入了反抗唐朝的吐谷浑阵营。
635年夏，唐军开始反击吐谷浑军，经李道宗对伏允取得一些小的胜利后，伏允又使用了与对付段志玄相同的策略，焚烧草地逃走。李靖绝大多数下属认为，没有足够的牧草，进行远征是一种冒险，并表示撤军。但侯君集表示反对，指出这是摧毁吐谷浑的机会。李靖采用侯君集策略，分部队为两支，李靖自己和薛万均、李大亮进击西北，侯君集和李道宗进击西南。两路都取得成功，只有一次战斗中，薛万均和他的弟弟薛万彻中了吐谷浑陷阱而几乎被杀，幸亏契苾何力的救援，才保住一命。最终李靖得知伏允的位置，击败他的残余势力，伏允败走。贵族拥立伏允和妻子隋朝光化公主的大儿子大宁王慕容顺为主，慕容顺一直反感自己没有被立为王储，他杀害了天柱王，投降唐军。伏允逃亡中，被部下所杀。唐太宗以慕容顺为西平郡王、趉故吕乌甘豆可汗(甘豆可汗)，接替伏允。
