唐军到达大非川（现在的青海切吉平原）后，准备进兵乌海（现在的青海光海县西南苦海），薛仁贵认为：
"乌海地险而瘴，吾入死地，可谓危道"。
只能速战速决，迟则生变。郭待封承担了保护辎重的任务，薛仁贵率领精锐，奔袭乌海，在河口与吐蕃军队遭遇，数万吐蕃人死伤籍枕，唐军获得的牛羊数以万计。
薛仁贵回到乌海城，派人接应郭待封的辎重。不料郭待封违反薛仁贵的安排，擅自带着辎重粮草在后面缓缓前行，被吐蕃二十万军队团团围住，"粮仗尽没"，断绝了唐军的补给和支援。薛仁贵退居大非川，一切都为时已晚，吐番四十万军队已经前来迎战，唐军大败，几至全军覆没，薛仁贵也被吐蕃抓获，在没有选择的情况下，只有与吐蕃主将噶钦陵议和。
议和之后，薛仁贵自带枷锁，回长安向皇帝请罪。依照唐律，以他的丧师重罪，本应处死，皇帝念及他以往的功劳和忠心，只将他除名为庶人。薛仁贵的战败颇具偶然。
