大軍所過之處，收留了不少西突厥掉隊的散兵遊勇，編入軍中。經過艱苦的跋涉，終於抵達了距離阿史那賀魯牙庭二百裏的雙河。
南線的阿史那彌射與阿史那步真在招降西突厥部落之後，亦隨即北上，在雙河與蘇定方的北線大軍勝利會師。西征軍的實力更加強大，蘇定方雄心壯誌，他戎馬一生，終於有機會在年過六旬時，完成他一生中最偉大的勳業。
正當蘇定方西征大軍風雪兼程時，阿史那賀魯卻饒有興致地前往金牙山附近打獵，也可能是因為吃了大敗仗之後，他想要發泄一下心中的鬱悶。在他看來，這是一場及時雪，如此大雪之下，飛鳥難度，更別說人了。但是，人雖然不能插翅而飛，卻有飛鳥所不具備的堅強意誌，阿史那賀魯做夢也沒有想到，唐朝遠征軍已經近在咫尺了。
決戰的時刻已到，距輝煌的勝利不遠。
這是西征軍的最後一戰。
蘇定方下達命令，全體將士，全力以赴，進擊西突厥的牙庭！
所有戰士無不摩拳擦掌，他們深知這一戰，將會載入史冊，而他們將是這偉大勝利的參與者與見證者。這一戰後，他們將可以結束漫長的征途，返回故裏，與親人團聚。大軍出發，如猛虎下山，勢不可擋。
唐朝遠征軍從天而降，牙庭的西突厥守軍驚呆了，在他們還未做出反應的時候，遠征軍已經發起最強大的攻勢，西突厥的防守土崩瓦解。
阿史那賀魯在金牙山聽到唐軍突襲牙庭的消息，一陣愕然，說不出話。一陣寒意，比冰雪更冷，直滲入腑髒。他趕緊率著他的精兵強將回援牙庭，但是已經遲了，牙庭已經被唐軍攻破，死的死，傷的傷，降的降，逃的逃。
這一場麵，讓阿史那賀魯終生難忘，他一咬牙，豁出去了，跟唐軍拚個魚死網破吧。但是隻有魚死，沒有網破。
蘇定方指揮大軍，回戰阿史那賀魯，隻見人來馬往，戰鼓咚咚，血柱四濺，白雪殷紅，這裏沒有仁慈，沒有憐憫，隻有殘酷，隻有死亡。一個人降臨世間多麼不易，而死去則是那麼簡單，一道寒光過後，你去你的天堂，我去我的淨土。
這一戰的結果不必預測，西突厥軍幾乎全軍覆沒，陣亡與被俘人數有數萬人之多。阿史那賀魯帶著他的兒子、女婿等少數幾個人，逃奔石國（今塔什幹）。
蘇定方乘勝橫掃西突厥的殘餘力量，直抵碎葉。
至此，第五回合的交鋒，仍然以唐軍的大勝而告終，五回較量，唐軍五比零完勝，而阿史那賀魯一分未得。
阿史那賀魯敗逃石國，宣告了唐軍第三次遠征最終征服了西北最強大的西突厥汗國。蘇定方知道阿史那賀魯已成甕中之鱉，並不急於前往石國追緝，而是著手安撫西突厥各部落，鞏固勝利果實，以免節外生枝。
首先，蘇定方將各部落的降兵都遣回原地，劃清各部落的界線，以免戰亂之後另起糾紛，因而社會秩序很快得以恢複。陣亡將士的屍骨，無論是己方還是敵方，一律安葬，對受戰亂影響大的地區，維持其秩序並解決住民基本生活問題。
到了這個時候，蘇定方的使命已告完成，西征戰役的巨大成功，使他成為初唐名將之一，足以光耀史冊。蘇定方決定先班師回國，緝拿阿史那賀魯的任務，交給副手、燕然副都護蕭嗣業。
阿史那賀魯逃往石國之後，蕭嗣業率軍抵達石國。石國隻是個小國，怎麼敢與大唐對抗呢？無奈之下，阿史那賀魯又逃到石國西北處蘇咄城郊區落腳。曾幾何時，他統領西突厥，掌控十箭部落，手握數十萬大軍，一朝之間，所有的富貴權力，煙消雲散，怎不令他英雄氣短？他灰頭土臉地過了一陣子，除了部下數百名隨從之外，銀子也沒有了，還剩隨身攜帶的一些珠寶。
他派人攜帶珠寶到蘇咄城內，購買馬匹。蘇咄城主伊沮假意熱情款待，揚言要以美酒美食迎接阿史那賀魯。阿史那賀魯十分高興，便準備進城，伊沮親自到城門外為他接風洗塵。不料剛進城門，“咣”的一聲，大門關上了，阿史那賀魯一見不對頭，正準備衝出去時，伊沮冷冷喝道：“眾軍士將他拿下。”結果阿史那賀魯一行人全部被繳了械，被軟禁起來。
伊沮城主將阿史那賀魯交給石國國君，石國又將他交給了蕭嗣業。
一代梟雄阿史那賀魯也沒能躲過被俘的命運。
至此，大唐帝國的勢力擴張到中亞，曾經強盛一時的西突厥汗國，隻成為曆史的記憶了。
大唐帝國在西突厥的土地上，設置兩個都護府：濛池都護府與昆陵都護府。
阿史那彌射為昆陵都護，被封為“興昔亡可汗”，統領西突厥的左廂五部（五咄陸）；阿史那步真為濛池都護，被封為“繼往絕可汗”，統領西突厥右廂五部（五弩失畢）。雖然保留了兩位可汗，但他們同時又隸屬於安西都護府的管轄。西突厥的其他部落首領，根據部落的大小以及在西突厥的聲望，分別授予刺史以下的官職。至此，龐大的西突厥汗國被成功瓦解了。不過，汗國的解體，並不意味著西突厥勢力的消失，在未來數十年內，西突厥與大唐的鬥爭還在以或明或暗的方式進行著。戰後，唐政府在龜茲設立都督府，龜茲也納入唐政府的管轄範圍，後來又把安西都護府遷到龜茲。
由於西突厥汗國已經不複存在，原本歸附於西突厥的中亞各國，紛紛轉向歸附大唐帝國。659年，唐高宗下詔，在中亞的石國、米國、史國、大安國、小安國、曹國、拔汗那、悒怛、疏勒、朱駒半等國設置州、縣、府共一百二十七個。這些國家大致分布在新疆西部、烏茲別克斯坦、阿富汗一帶。
到了高宗龍朔元年（661年），中亞的吐火羅、嚈噠、罽賓、波斯等十六個國家也相繼歸附大唐政權，大唐政府相繼在這十六個國家建立八個都督府，七十六個州，一百一十個縣，一百二十六個軍府，全部歸屬安西都護府管轄。
最遠的都督府為波斯都督府，不過這已經不是當年的波斯帝國了。波斯已基本上被崛起的阿拉伯帝國吞並，波斯王伊嗣侯被阿拉伯軍隊殺死，其子卑路斯投奔吐火羅。661年，卑路斯向大唐皇帝請求派兵支援，唐高宗派出使者王名遠到西域分置州縣，在疾陵城（今阿富汗與伊朗交界處的紮蘭傑）設波斯都督府，並任命卑路斯為波斯都督。次年（662年），又立卑路斯為波斯國王。後來卑路斯入長安朝見唐高宗，歸國時，遇阿拉伯帝國的入侵，客居吐火羅二十餘年，波斯國名存實亡。
大唐的勢力，由中亞伸向西亞的伊朗高原。無遠弗屆，萬邦來朝，聲威赫赫，如日中天！