天赐良机李世民怎能放过，公元628年十月，唐王朝决定出兵北伐，而此时的颉利可汗已经众叛亲离，东部的契丹等部族皆已反叛，西部的薛延陀汗国和铁勒部也脱离统治，连年灾荒又造成经济困难，他却偏偏火上浇油，率兵进驻马邑，向唐王朝炫耀武力，以为唐王朝会像以前一样花钱买和平，而这次他等来的，是唐王朝的迎头痛击。

    十一月，唐王朝以兵部尚书李靖为行军总管，率六路大军出师，唐军初战告捷，在马邑击败颉利可汗。在这一战中，唐军展示了他们的新战法，以长刀步兵为方阵，后方排列硬弩，阻遏突厥骑兵冲锋，轻骑兵两翼夹击，将突厥军冲得大溃。更让突厥惊愕的是，唐军竟然连步兵都配备战马，步兵骑马抵达战场后下马步战。数年的休养生息，已让唐军积累了充足的实力，可以用强大的战斗力和雄厚的国力，与突厥打一番酣畅淋漓的野战。

    马邑战役后，颉利可汗仓皇败逃，其属下向唐朝投降后，供出了颉利可汗的驻军位置，随后唐朝以李靖、柴绍、李道宗、卫孝杰、李世绩、薛万淑兵分六路，全力围剿突厥，颉利可汗节节败退，其属下部落纷纷向唐王朝投降。次年正月，李靖率领3000精骑星夜兼程，直捣颉利可汗的老窝定襄，李世绩的北路军则迂回到呼和浩特，将颉利可汗前后夹击，连遭惨败的颉利可汗逃到内蒙古铁山，只剩1万多残兵，他一面遣使至唐朝，要求求和，一面想借机脱身，但精明的李世民不会给他这个机会。就在唐朝使者唐俭进入颉利可汗营帐后不久，李靖的大军就拍马杀到，颉利可汗大军被杀得全军覆没，只身逃亡的颉利可汗本想逃奔青海，再联合当地部落起事，但唐军李道宗部已经堵在了那里，结果，颉利可汗，这位一度雄踞草原的枭雄，最终在甘肃灵州束手就擒。强悍一时的东突厥汗国，至此灭亡。

    颉利可汗被俘之后，东突厥已经尽数归附了唐朝，早年叛变东突厥的铁勒诸部也纷纷归附，这时期的唐朝领土，可以说是拥有今天整个外蒙古草原。同年三月，原突厥属下各部落酋长齐聚长安，尊李世民为“天可汗”，中原王朝“天朝上国”的思想，正是从此开始。

    对投降的东突厥，唐太宗采取了极其开明的政策，不但赦免了颉利可汗的罪过，对投降的突厥人也一视同仁，终唐一世，突厥族官员是唐朝政坛一股重要力量，如执力史思、阿史那思摩等人皆是唐王朝重臣。仅贞观一朝，五品以上的突厥官员就有100多人。长安城内居住的突厥人也有1000多家。当然中间也有不和谐，比如公元639年，突利的弟弟结社纠集40多人企图行刺唐太宗李世民，阴谋被粉碎后，唐太宗采取宽容政策，并未借机株连各突厥部族，反而在突厥旧地建立牙帐，让突厥成为唐朝边境的屏障。

    东突厥败亡后，如之前一样，北方草原的权力真空再次出现，而原本被东突厥压制的西突厥，势力也再度壮大，之后陆续有薛延陀汗国等部落崛起，但皆被唐王朝平灭。唐朝在漠北设立单于、瀚海两个都护府，后合并为安北都护府，委任当地部族首领为官，将漠北草原纳入唐王朝治下。而势力变大的西突厥，也终未能填补东突厥败亡后的草原空白。唐朝在与东突厥的周旋时期，对西突厥一直采取通好政策，企图扶植西突厥来牵制东突厥，但西突厥起先被打得太惨，而在东突厥败亡后，他们的实力又迅速膨胀。唐太宗李世民在位时，西突厥的势力范围，主要是今天新疆的北部和西部地区，唐朝平灭东突厥后，西突厥东面的薛延陀以及高昌国又相继归附，此后高昌国叛乱，唐太宗派侯君集平定。侯君集平高昌国前，西突厥一直支持高昌国，但唐军夜行700里奇袭高昌，仅用一夜时间平定高昌全境，吓得西突厥立刻奉表求和。公元640年九月，唐朝在吐鲁番设立安西都护府，西突厥被纳入了唐王朝版图。此后，西突厥也和东突厥一样，由