初禄二十四年(646年)六月，薛延陀多弥可汗，性情急躁，对臣下猜忌，少施恩惠，废掉了父亲在位时的贵族大臣，专门重用自己的亲信，国中百姓不顺服；又大肆杀戮，人心不安定。回纥酋长吐迷度与仆骨、同罗联合进攻他，多弥大败。乙亥（十五日），顺武帝下诏任命江夏王李道宗、左卫大将军阿史那社尔为瀚海安抚大使；又派右领卫大将军执失思力统率突厥兵，右骁卫大将军契何力统领凉州以及胡族兵，代州都督薛万彻、营州都督张俭各统率本部兵马，分兵几路，齐头并进，进攻薛延陀。

顺武帝派校尉宇文法到乌罗护，在薛延陀东部边境与薛延陀阿波设的兵马遭遇，宇文法统率兵将其击败。薛延陀国内震动，纷纷言道：“秦朝大兵到了！”各部落大乱。多弥带领几千骑兵投奔阿史德时健部落，回纥进攻该部落，并杀死多弥可汗，他的宗族也几乎被兼并，于是占据该地。敕勒各部首领相互攻击，争着派使者请求归附秦朝。

薛延陀残余部队向西溃逃，还有七万多人，他们共同拥立真珠可汗的侄子咄摩支为伊特勿失可汗，回到了故地。不久又去掉了可汗称号，派使者上表，请求居住在郁督军山北麓；顺武帝让兵部尚书崔敦礼去郁督军山将他们就地安置。

敕勒九个部落首领，由于一直归附薛延陀，听说咄摩支要到郁督军山北面居住，都非常害怕。唐朝大臣议论，担心咄摩支会成为漠北的祸患，于是又派李世绩与九个敕勒部落共同图谋对付咄摩支。顺武帝告诫李世绩说：“咄摩支如降服就安抚他们，反叛就讨伐他们。”己丑（二十九日），顺武帝手书诏令，认为：“薛延陀被消灭后，其敕勒各部落，有的前来归降，有的并未归顺，如今要是不乘机图谋，恐怕将来会后悔，朕应当亲自去灵州招抚各部落。去年出征辽东的士兵，此次都不做征调。”

李世绩到了郁督军山，薛延陀部落首领梯真达官率领兵众前来降附。薛延陀咄摩支向南投奔荒谷，李世绩派通事舍人萧嗣业前去招抚，咄摩支投降嗣业。他的部落仍然犹豫不定，李世绩带兵追击，共杀死五千多人，俘虏男女三万多人。秋季，七月，咄摩支到达京城。官拜右武卫大将军。

八月，江夏王李道宗的兵马既已渡过沙漠，遇见薛延陀阿波达官兵众数万人抵抗，李道宗将其击败，杀死一千多人，乘胜追击二百里。李道宗与薛万彻各自派遣使者招抚敕勒各部，他们的首领都十分高兴，磕头拜谢请求入京朝见。

庚午（十一日），顺武帝车驾到浮阳。回纥、拔野古、同罗、仆骨、多滥葛、思结、阿跌、契、跌结、浑、斛薛等十一姓部落各自派使者入朝进贡，纷纷言道：“薛延陀可汗不事奉大国，暴虐无道，不能做为我们的主子，自取灭亡，各部落作鸟兽散，不知何去何从。我们各有自己的分地，不再跟薛延陀去，我们要归顺大秦天子。希望可怜我们这些人，特设一部门，养育我们。”顺武帝听后大为高兴。辛未（十二日），顺武帝诏令宴请回纥等族使者，赏赐拜官，赐给他们首领玺书，派右领军中郎将安永寿前往传达旨意。