唐军这一招非常正确，只要能快速拿下吐谷浑地区，就等于把钦陵的大军和吐蕃分成两截。唐军既可以打击仓促回军的钦陵，也可以趁着吐蕃空虚直取他们的腹地，这一切的前提是不能让钦陵军队快速回来，唐高宗在西面让阿史那忠与阿史那都支的军队牵制钦陵的主力，不让他回援。
而薛仁贵考虑到远程作战的问题，坚定了速战速决的念头，《旧唐书》记载：军至大非川，将发赴乌海，仁贵谓待封曰：''乌海险远，车行艰涩，若引辎重，将失事机，破贼即回，又烦转运。彼多瘴气，无宜久留。大非岭上足堪置栅，可留二万人作两栅，辎重等并留栅内，吾等轻锐倍道，掩其未整，即扑灭之矣。
薛仁贵的布置主要有三点：第一是让郭待封留守大非岭，配置有一万五的辎重部队与五千战士，依托山岭地形设置结寨布置防御工事。第二是他所率的主力军队，奔袭河口，这里是吐蕃军队的重要牧场，有着大量的战备资源。《旧唐书》记载：仁贵遂率先行，至河口遇贼，击破之，斩获略尽，收其牛羊万余头，回至乌海城，以待后援。袭击河口之后，他携带着缴获的大量物资退至乌海城，第三点就是唐军乌海城准备接下来与钦陵主力的战事。薛仁贵的布置重点还是在于乌海，这里是重要的交通枢纽，钦陵军队要想回国，必须会经过这里。
一败涂地薛仁贵没有想到，自己的布置居然全部失败了，《旧唐书》记载：待封遂不从仁贵之命，领辎重继进。比至乌海，吐蕃二十余万悉众来救，邀击，待封败走趋山，军粮及辎重并为贼所掠。仁贵遂退军屯于大非川。吐蕃又益众四十余万来拒战，官军大败，仁贵遂与吐蕃大将论钦陵约和。这场战役远比书面上所写还要惨烈，在《资治通鉴》中写道：仁贵、待封与阿史那道真并脱身免，与钦陵约和而还。敕大司宪乐彦玮即军中按其败状，械送京师，三人皆免死除名。司马光还是相对客观的，因为这场战役后薛仁贵等三名主将全部被贬为平民。这几个人有资历有背景，通常唐朝在战争中很少会这样处置大将，薛仁贵也没有违背什么军法，却也落得一个仅比死强一点的处罚，可见大非川之战唐军败得有多惨。
