李靖在探知颉利可汗大军的虚实之后，决定迅速攻击定襄城，在夜幕掩护下，唐军一举攻入定襄城内，俘获了隋齐王杨暕之子杨政道，还有隋炀帝的萧皇后。颉利可汗仓皇逃往碛口（今内蒙二连浩特西南）。
在李靖胜利进军的同时，唐军另一名将李勣也率军从云中（今山西大同）出发，与突厥军在白道（今内蒙呼和浩特北）发生遭遇战，唐军奋勇冲杀，把突厥军队打得丢盔弃甲，溃不成军。
颉利可汗一败再败，损失惨重，便退守铁山，收集残兵败将，只剩下几万人马。眼看自己处于山穷水尽的境地，他便派执失思力入唐朝请罪，请求举国归附唐朝，并表示愿意入朝，实际上是想拖延时间，赢得战略喘息，等到草肥马壮的时候再卷土重来。
