阴山南北，水草肥美，薛延陀见不得部众在这里牧马放羊，总想找个机会把阿史那思摩赶走，并在军事上做着南侵大唐的准备。
贞观十五年，李世民东巡洛阳，实质是为封禅泰山作准备。消息传到夷男那里，他认为这正是入寇的最佳时机，对部众说：“天子封泰山，精兵强将都跟随，边境必然空虚，我们这时攻击思摩，如摧枯拉朽。”于是，命其子大度设发同罗、仆骨、回纥、靺鞨、霫等兵二十万，渡过漠南，屯白道川，攻击阿史那思摩。阿史那思摩有四万骑兵，不敌大度设，节节抵御，向南退却，同时遣使到洛阳告急。李世民立即任命李勣为朔州道行军总管，组织北伐战役，又为李勣安排了四员能征惯战的大将，分兵五路迎敌。五路兵马分别是：右屯卫大将军张士贵为庆州道行军总管，出云中；右卫大将军李大亮为灵州道行军总管，屯灵武；凉州都督李袭誉为凉州道行军总管，发凉州；营州都督张俭出营州；李勣自率并州大都督府劲兵七万，出并州。北伐大军十五万人，从不同方面向叛军推进。
李勣统帅的主力，距战场最近，李勣又急行军，最先赶到长城外。大度设率先锋部队三万，追击阿史那思摩，思摩急撤入长城。大度设不见思摩，派人登上思摩弃城，朝南乱骂。李勣领兵远远看见，一声令下，大军直扑叛军，杀声如雷，尘埃涨天。大度设害怕，率众沿赤柯泺北撤。李勣选麾下及突厥精骑六千，抛下步兵，翻过白道山，咬住大度设，以六千对三万，大杀一阵。大度设北逃至诺真水（今内蒙古自治区达尔罕茂明安联合旗北），见甩不掉李勣，索性勒兵布阵，长十多里，使出步兵取胜战术，对付李勣。李勣先令突厥骑兵冲阵，大度设的步兵取胜法果然厉害，突厥兵败。李勣又令唐军骑兵突击，结果大度设万矢俱发，唐军战马多被射死。李勣大怒，命令唐军下马，执长矟以步战对步战。唐军矟长，敌军刀短，大度设大败。与此同时，李勣副总管薛万彻率领数千骑，冲击薛延陀牵马者，将其战马掠夺殆尽。大度设兵败，又失去战马，难以逃脱，李勣纵兵奋击，斩首级三千多级，俘虏军民五万多口。大度设脱身逃走，薛万彻追至漠北。薛延陀退回漠北，正逢天降大雪，人畜冻死者十之。
贞观十五年，薛延陀挑战唐中央权威彻底失败后，遣使朝贡不绝，并请求和亲。李世民在征询了朝臣意见之后，答应和亲，决定以宗室女为新兴公主，嫁于夷男。后来因为礼节上的琐碎问题，李世民食言，断绝了与薛延陀的婚姻。
贞观十六年、十七年，薛延陀与互相寇掠，李世民明显偏袒，遣使谴责夷男，夷男敢怒不敢言。
贞观十九年九月壬申（七日），夷男病亡，李世民在辽东战场为夷男举哀。夷男死后，他的嫡子拔灼杀庶长子曳莽，自立为颉利俱利薛沙多弥可汗。拔灼性格暴戾，多杀部下，群情慌慌。为了转移矛盾，拔灼趁太宗远在辽东，攻唐夏州，被唐将执失思力打败，拔灼逃走，为回纥所杀。
拔灼死后，其余众五六万人窜回故土，诸姓酋长相互攻杀。这时，李世民决定彻底消灭薛延陀，安定北部。于是便有此北征。
时间很快就到了六月，李世民下旨，遣兵部尚书、固安公崔敦礼，特进、英国公李绩（那个‘勣’打不出，抱歉）率兵北上，征伐薛延陀部。