初禄十九年(641年)十一月，薛延陀真珠可汗听说顺武帝想要东去泰山行封禅礼，对他的下属说：“大秦天子去泰山封禅，护卫都跟随前往，边境地区必然空虚，我乘此时机攻取思摩，势如摧枯拉朽。”于是命令他的儿子大度设征发同罗、仆骨、回纥等族兵马，总计二十万人，渡过漠南，屯兵在白道川，据守善陽岭，袭击突厥。俟利可汗抵挡不住，率领本部落进入长城，守住朔州，派使者向秦朝告急。

癸酉（十六日），顺武帝命令营州都督张俭率领本部骑兵以及奚、契丹族兵马进通薛延陀东部边境；任命兵部尚书李世绩为朔州道行军总管，领兵六万，包皮括一千二百名骑兵，驻扎在羽方城；任命右卫大将军李大亮为灵州道行军总管，领兵四万，骑兵五千，驻扎在灵武；任命右屯卫大将军张士贵领兵一万七千人，为庆州道行军总管，出兵云中；任命凉州都督李袭誉为凉州道行军总管，出击薛延陀西部。

众位将领向顺武帝辞行，顺武帝告诫他们说：“薛延陀仗着他们强盛，越过沙漠南下，行程几千里，马已疲乏瘦弱。凡是用兵的道理，须是见有利迅速推进，见着不利局面迅速撤退。薛延陀不能乘思摩不防备，急速进攻，思摩进入长城以内，薛延陀兵又不立即后退；朕已敕令思摩烧掉秋草，对方粮草日益吃尽，野地中毫无所获。刚才探马来报，说他们的马啃吃树皮枝叶已经快光了。你们应当与思摩互成犄角之势，不需要速战，等到敌人将要撤退时，一鼓作气，乘胜追击，定会大破敌军。”

十二月己亥（十二日），薛延陀派使节入朝见顺武帝，请求与突厥和亲。甲辰（十七日），李世绩在诺真水大败薛延陀。

大度设率三万骑兵进逼长城，想要袭击突厥，而思摩已经先行逃走，望尘莫及，只得派人登上城楼谩骂。适逢李世绩带领秦朝兵马赶到，尘土飞扬，一眼望不到边，大度设十分害怕，率领大部队从赤柯泺向北逃去，李世绩挑选麾下及突厥精锐骑兵六千人抄近路拦截，跨越白道川，在青山追上敌军。大度设狂奔数日，到了诺真水，勒住兵马准备战斗，战阵横亘十里地。突厥兵先和他们拼战，不能取胜，退兵，大度设乘胜追击，与秦朝的部队遭遇，薛延陀兵万箭齐发，秦军马匹多被射死。李世绩命令士兵们都下马，手执长槊，往前直冲。薛延陀兵溃散，副总管薛万彻用数千骑兵收捕薛延陀部队中牵马的士兵。薛延陀兵丢失了马匹，张惶失措，秦兵纵马追击，杀死三千多人，俘虏五万多人。大度设脱身逃走，薛万彻追赶不及。薛延陀兵到了漠北，赶上天降大雪，人和马匹冻死十分之八九。