无奈之下，颉利可汗被逼的只能选择退守在铁山，又将零零散散的突厥士兵再次收集起来，有数万人大军。袁天罡看见颉利可汗气数已尽，心中期盼已久的希望破灭，也就由着颉利可汗自生自灭，他不愿再继续谏言了。颉利可汗经历过数次大败，已经知道自己不是唐军对手，连忙派遣麾下大将执失思力为特使，到长安向唐高祖李渊谢罪请降，表示愿举国内附，暗地里企图待草青马肥之时，再转移到漠北，伺机东山再起。
唐高祖李渊接到颉利可汗的降书，大喜过望急忙派遣鸿胪卿唐俭、将军安修仁等去突厥抚慰，并且还让李逍遥率领大军接应。李逍遥无奈之下，只能带领大军前来接应，在白道与李靖、徐懋功会合。于是，李逍遥将自己心中的想法告知，李靖也认为颉利可汗虽然大败，兵力仍然强盛，如果任由颉利可汗率众逃往漠北，依附于薛延陀等部，就很难追歼。
恰逢其时，唐俭在突厥，颉利可汗放松警惕，没有什么戒备心，若是挑选精锐之师就可以不用大战就能将颉利可汗擒获。然而，李靖的建议遭到偏将张公瑾的反对，他觉得这么做会使唐俭等人身陷险地；李靖根本不想考虑他们两人的生死，只要能剿灭突厥，任何危险都是值得的。
于是，李逍遥采纳了李靖的建议，当即命令李靖、徐懋功统率大军先行一步，随后他亲自率领精骑万名，各备二十天的口粮，连夜出发，向铁山疾驰。李靖率领大军冒着风雪抵达阴山，在路上遇到突厥营帐千余士兵，全部都俘虏起来，而且一起跟随着大军前行。
颉利可汗见唐使前来抚慰，自以为安然无事，根本就没有任何的戒备。趁此机会，李靖派都尉苏定方率两百骑兵为前锋，在浓雾掩护下衔枚疾进，抵达颉利牙帐七里才被突厥士兵发现，但是为时已晚，已经无力回天了；苏定方率领骑兵长驱直入的冲进了突厥颉利可汗的牙帐，颉利可汗及其部下根本不知道浓雾里有多少唐军，阵脚大乱。
颉利可汗乘着千里马独自撇下大军望西处逃走；李靖率领大军紧随其后，失去了颉利可汗的突厥大军溃不成军，再次被唐军歼灭万余人，其他人等全部被俘，共计十余万，而唐俭、安修仁趁乱脱险而归。不过，他们两人却对李逍遥、李靖等人恨上了，使得他们两人差点连命都丢在了突厥。
颉利可汗南下入侵大唐的计谋，随着颉利可汗独自弃军西逃后，彻底失败，并且大军也完全溃散了，根本就无力一战，使得此战大唐取得了大胜，当真是“残存亦无望，兵败如山倒”。
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