初禄二十五年(647年)十二月，龟兹国王伐叠死后，他的弟弟诃黎布失毕即位，逐渐失却臣属国的礼节，侵扰邻近国家。顺武帝大怒，戊寅（二十六日），诏令使持节、任命昆丘道行军大总管、左骁卫大将军阿史那社尔，副大总管、右骁卫大将军契何力；安西都护郭孝恪等人领兵进攻龟兹，仍然命令铁勒族十三州、突厥、吐藩、吐谷浑联合进军讨伐。

九月，庚辰（初二），昆丘道行军大总管阿史那社尔进攻处月、处密，将其击败，余众全部投降。

十月，阿史那社尔打败处月、处密后，领兵从焉耆的西面直抵龟兹北部边境，分兵五路，出其不意，焉耆国(今新疆焉耆西南)王薛婆阿那支弃城投奔龟兹(今新疆库车北)，据守其东部边境。阿史那社尔派兵追击，生擒并杀掉他，立他的堂弟先那准为焉耆国王，让他继续向唐朝进贡。龟兹大为震动，守城将士多弃城逃走。阿史那社尔进驻碛口(似为今新疆轮台地区)，龟兹都城三百里，派伊州刺史韩威率领一千多骑兵为前锋，骁卫将军曹继叔紧随其后。到了多褐城(似为今新疆轮台西)，龟兹国王诃利布失华、丞相那利、羯猎颠率领五万兵众抵抗。短兵相接，韩威引兵假装后退，龟兹兵倾巢出兵追击，跑了有三十里，韩威与曹继叔的军队会合。龟兹兵害怕，想要退却，曹继叔乘机反击，龟兹大败，北逃八十里。

龟兹国王布失毕兵败后，退保都城，阿史那社尔急行军逼近，布失毕率领轻骑出城西逃。社尔攻下其都城，让安西都护郭孝恪守卫此城。沙州刺史苏海政、尚辇奉御薛万备率领精锐骑兵追击布失毕，行军六百里，布失毕慌慌张张，据守拨换城(今新疆阿克苏)，社尔领兵攻城，用了四十天，闰十二月，丁丑（初一），攻陷城池，生擒布失毕以及羯猎颠。那利只身逃走，暗中勾引 西突厥的兵力与本国兵力合在一处共一万多人，袭击郭孝恪。郭孝恪在城外安营扎帐，有的龟兹人告诉他那利即将赶来，孝恪不以为意。那利忽然大兵压境，郭孝恪率领本部一千多人想要进入城里，那利兵众已经登上城墙，城内投降的胡 兵与那利里应外合，共同夹击郭孝恪，万箭齐发，刀剑如雨，孝恪抵挡不住，想要再次冲出来，被射死在西门。城中大乱，仓部郎中崔义超召募得二百人，保卫军需财物，与龟兹兵在城中展开激战，曹继叔、韩威也在城外扎营，从城西北角进攻龟兹。经过一夜 激战，那利兵撤退，秦军杀死龟兹兵三千多人，城中才安定下来。十多天之后，那利又带引山北龟兹一万多人逼近都城，曹继叔迎击，将其打败，杀死八千人。那利一个人骑马逃走，龟兹人将他抓住，送到军门。

阿史那社尔前后共攻下大城五座，派左卫郎将权祗甫到各个城中，晓以祸福，各城相继请求投降，共得七百多城，俘虏男女几万人。社尔于是召集城中父老，宣示朝廷的威严神灵，讲明征伐有罪之国的道理，立龟兹国王的弟弟叶护为国王；龟兹人非常高兴。西域地区震骇，西突厥、于阗、安国争着送骆驼马匹和军粮，社尔刻石碑纪功，而后班师回朝。