公元648年，阿史那社尔以十万之众大兵压境，先解决掉处月、处密两个西突厥部落，然后借道焉耆国，出其不意地进入龟兹国的北部，兵分五路发起进攻。龟兹王布失毕备战不足，先败于多褐城，后主动放弃首都伊逻卢城(新疆库车)，退守六百里外的拔换城(新疆阿克苏)。
拔换城的城池坚固，地形险要，易守难攻，苏海政、薛万备久攻不下。阿史那社尔留下安西都护郭孝恪驻守伊逻卢城，亲率大军驰援苏海政与薛万备。经过四十天艰难的围攻战，阿史那社尔终于攻破拔换城，龟兹国王布失毕被唐军生擒，其余的将士放下武器，全体投降。
然而，此时后院起火。龟兹国相那利在西突厥的支持下，拼凑一万人马，杀回首都伊逻卢城。守备伊逻卢城的郭孝恪虽是名将，但生活作风不好，在城里收刮不少宝物，过着花天酒地的生活，完全没有戒备，结果杀得措手不及，命丧黄泉。
郭孝恪曾派人送珍宝给阿史那社尔，阿史那社尔一样也没有接受。唐太宗后来评论说："阿史那社尔与郭孝恪二人的优劣，从他们的生活作风就可以区分开来了。如今郭孝恪被寇虏所杀，真是咎由自取。"
很快唐军大举发攻，那利的一万人马，战死八千，自己也沦为俘虏。此时龟兹主力虽被歼灭，仍有许多城堡负隅顽抗，阿史那社尔决定采取招抚的手段，劝降龟兹诸城，在他晓以利害之下，前来归降者有七十余座城堡(《资治通鉴》作七百余座，这里从《新唐书》"阿史那社尔"传)。至此，讨伐龟兹的战争宣布胜利结束。
