李靖麾军随后追击，经积石山黄河源，直追到且末，来到了吐谷浑的最西边。
前部先锋官薛万钧、薛万彻吸取上次的教训，边行军边放出探兵，小心翼翼地向前运动。这天上午，刚吃过早饭，就有探军前来报告，言慕容伏允正在突伦川扎营，准备在那里收罗残部，准备逃奔于阗。
鑑于上次在赤水源陷于重围，险遭不测的教训，薛氏兄弟决定等李靖大军来时，再行进攻，但随行的契苾何力坚决主张追击，薛万钧摇摇头说：
“穷寇勿追，慕容伏允既然要逃奔于阗，其亲近精兵强将必然追随，我若轻骑冒进，恐遭其伏击。”
契苾何力坚持己见，说道：
“吐谷浑无城郭，随水草迁徙。如不在其聚居时袭取，一旦错过战机，敌人风流云散，哪能再颠覆其巢穴!”
不待薛氏兄弟答应，契苾何力自回本帐，亲自挑选千名骁骑，整装进发。薛万钧、薛万彻怕他一军独进出事，乃引本部兵马紧紧跟上。
越往西走，气候越恶劣，很难见到水草，放眼望去，到处是沙碛，许多战马渴死在途中。士卒渴极，也只好刺马血饮用。但开弓没有回头箭，无论付出多大代价，也不能再走回头路了。经过三天时间的急行军，部队接近了突伦川，好在慕容伏允还没有西逃，薛万钧、薛万彻、契苾何力经过简单的休整后，即兵分三路，直衝慕容伏允的牙帐。
唐军出其不意，来势凶猛，又是三路夹击，不由得吐谷浑兵心中不慌，及至仓促应战，唐军已衝到了帐前。短兵相接，好一场混战，志在必得的唐军首先在气势上压倒敌军，君臣离心离德的吐谷浑，有的落荒而逃，有的不战而降。慕容伏允见势不妙，抛下尚在牙帐里的儿女妻妾，率亲兵千余人向荒碛深处逃去。此役唐军大获全胜，斩首数千，获得杂畜二十万头，并俘获慕容伏允的妻子。
且说慕容伏允率千余残兵凄悽惨惨，在沙漠中游荡，十几天后，其部分怨生横气的部下终于按捺不住，合伙杀死了慕容伏允。伏允一死，有人立其子慕容顺为可汗，慕容顺久住中原，不愿与唐朝为敌，于是顺天从人，斩杀了顽固分子天柱王，向唐军请降。至此，李靖胜利地结束了对吐谷浑的战争，从而解除了吐谷浑对河西走廊的威胁。
李靖平定吐谷浑的奏疏驿传至长安。太宗从战略的高度出发，决定让归附的吐谷浑，仍让其居故地，立慕容顺为西平郡王珪古乌甘豆可汗。命李大亮率精兵五千，助慕容顺声威，以服其众，同时防范日益强大的吐蕃。
此番征战吐谷浑，各路兵马都取得了一定的战绩，惟有盐城道总管高甑生瞻前顾后，误了行军日期，寸功未立。战后总结会上，主帅李靖按军纪处分了高甑生。高甑生怀恨在心，班师回朝后，即捏造罪名，诬告李靖拥兵自重，意欲谋逆。
谋逆不是小事，太宗立即敕令按问，三查两查，纯粹诬告。偷鸡不成反蚀把米，高甑生按律反坐，减死罪徙边。依仗是秦府功臣，高甑生上书请求宽宥，太宗批道：高甑生违反李靖节度，又诬其反，若此可宽宥，法将安施?况国家起自晋阳，功臣甚多，若甑生得免，以后人人犯法，怎能復禁!我于勋旧，未尝忘，为此不敢赦免。
李靖横遭高甑生诬告，虽未被关押，但也被大理寺传唤了好几次。惧怕功高震主的李靖当即交出兵权，自此闭门谢客，虽亲戚不常见。文坛领袖、着名诗人、秘书监虞世南，感李靖丰功伟绩，特地作诗一首，讚扬了李靖虽年过花甲，壮志不减当年的英雄气慨——
出塞
上将三略远，元戎九命尊。
缅怀古人节，思酬明主恩。
山西多勇气，塞北有游魂。
扬桴上陇坂，勒骑下平原。
雪暗天山道，冰塞交河源。
雾锋黯无色，霜旗冻不翻。
耿介倚长剑，日落风尘昏。
为了庆贺平定吐谷浑，太宗在宫中排开盛宴，款待参战将领。但李靖以身体不适为由，没来赴宴。念他年龄大了，太宗没再勉强，但庆功宴上缺了李靖这个领军人物，太宗还是觉得不尽兴。从刀光剑影的战场上胜利归来，又立了大功，诸将无不兴奋异常，开怀畅饮。酒过三巡，菜过五味，右卫将军薛万彻舌头大了起来，竖起大拇指，自夸功劳大于其他人，有人反斥他说：
“要说在突伦川关键一仗，首功还应推契苾何力，是人家力主进军，才歼灭了慕容伏允的主力部队。”
薛万彻喝得眼珠通红，手一划拉说：“他契苾何力算个鸟!他那点突厥兵还能成大事?还不是老子跃马持刀……杀尽吐谷浑兵的。”
旁边的契苾何力一听薛万彻骂他“算个鸟”，气得马上隔着桌子扑过来，要陷杀薛万彻，慌得众将急忙拦住。这边一闹，那边本来就郁郁寡欢的太宗皇帝勃然大怒，传令近侍将两人押到御案前，说个明白。薛万彻结结巴巴狡辩完毕，何力又一五一十把事情说了一遍，说自己如何拼死救出薛氏兄弟，又如何决计穷追，薛万钧又怎样劝阻。未了何力还委屈地说：“我力战吐谷浑，救出薛氏弟兄，不来谢我，我不望报，因何毁我于广众之中?”
太宗听个明白后，怒气冲冲，指着薛万彻说：
“你!不识好歹，右卫将军也别干了，把你的印绶立即交给契苾何力!”
薜万彻一听，垂头丧气，刚要解下腰上的将军印，契苾何力高姿态，上前劝住了，向太宗力辞道：
“陛下，臣与万彻之事，非为争功，乃为争理。今理