唐太宗大怒,648年初,他派阿史那社尔、契苾何力、郭孝恪率军攻打龟兹,也征用了铁勒、东突厥、吐蕃和吐谷浑的士兵。648年秋,社尔首先攻打处月和处密部落,迫使他们投降。然后,再攻焉耆。龙薛婆阿那支放弃焉耆,逃到龟兹东部,阿史那社尔擒杀之。社尔拥立龙薛婆阿那支的堂兄龙先那准为焉耆国王。社尔兵临龟兹。白诃黎布失毕派他的宰相那利和羯猎颠,来抵挡社尔的前锋韩威。战斗一开始,韩威假装撤退,当龟兹军追击时,韩威和曹继叔反击,大败龟兹。白诃黎布失毕坚守龟兹国都伊逻卢(今库车)。社尔攻打伊逻卢,白诃黎布失毕逃跑。社尔派郭孝恪守伊逻卢,自己继续追击白诃黎布失毕,白诃黎布失毕已逃往拨换城(今阿克苏)。社尔围城40天后攻克,俘虏白诃黎布失毕和羯猎颠。但那利逃跑,率领龟兹残余部队和西突厥救援部队反攻伊逻卢,由于出其不意,郭孝恪在战斗中阵亡。但那利攻不下伊逻卢内城,被迫逃离。龟兹人抓住那利,把他交给社尔。社尔以白诃黎布失毕弟弟为新国王,并在西突厥、于阗和安国向唐朝进贡后,撤军。唐朝建立龟兹、于阗、疏勒、焉耆安西四镇,将安西都护府迁到龟兹。649年,唐太宗去世后,原臣服唐朝的西突厥王族阿史那贺鲁击杀了乙毗射匮可汗,自称可汗后,脱离唐朝,侵袭唐朝国土。唐高宗进行了两次针对阿史那贺鲁的西征。第一次,655年,程知节指挥的西征,在军需用完的时候,被迫撤退,以失败告终。第二次,657年苏定方指挥的西征,是一个彻底的胜利,唐军抓获阿史那贺鲁,建立了昆陵、濛池两个都护府,控制西突厥故地,由突厥王族兴昔亡可汗阿史那弥射和继往绝可汗阿史那步真都督之。