当时，定襄城（今大同市西北）是东突厥的大本营，隋朝灭亡以后，突厥把隋炀帝的皇后萧后及齐王之子杨政道收留在这里，并立杨政道为隋王。凡跑到突厥的汉人，都由杨政道统管，颉利可汗也在定襄城一带驻有重兵，多次对唐朝进行骚扰。
唐高祖武德四年（621年）四月，颉利可汗率领骑兵一万与刘武周旧部苑君璋将兵六千，联合进攻雁门郡（今代县），被唐将定襄王胡大恩击退。第二年春，突 厥发生饥荒，唐朝派胡大恩与独孤晟带兵讨伐苑君璋，约定于二月会师马邑。期限已到，不见独孤晟带兵到来，胡大恩带兵驻到新城，颉利可汗派数万骑兵联合刘黑 闼围攻胡大恩，唐军大败，战死数千人，胡大恩阵亡。六月，颉利可汗率领五万骑兵南下一直攻到了汾州（今汾阳）。
武德八年（625年）七月，颉利可汗集中了十余万骑兵，大肆掠夺朔州，然后带兵南下，袭击太原，张瑾全军覆灭，只身逃走。第二年七月，突厥十余万骑兵从武功进入唐境，唐朝京城戒严。
尽管突厥多次骚扰，但唐与突厥仍还保持着友好往来的关系。贞观元年（627年），突厥遭受雪灾，颉利可汗害怕唐朝乘机袭击，引兵进入朔州，名义上说是打 猎，实际上是预防唐军的进攻，之后，突厥表面与唐和好，但又支持梁师都屡次进犯唐朝，于是，李世民加紧练兵备战，做好战争准备。
贞观 三年（629年），突厥连年遭灾，六畜多死，统治分化瓦解，互相叛离。唐代州都督张公瑾具体谈到进攻突厥的六条有利条件。 颉利纵欲逞暴，诛忠良、亲奸 佞，这是第一条。薛延陀等诸部背叛，这是二。突利、拓设、欲谷设都得罪了，无所自容，这是三。塞北霜旱，粮草乏绝，这是四。颉利疏其族类，系委诸胡，胡人 反复，大军一临，必生内变，这是五。我们入北，其人数众多，比闻所在啸聚，保据山险，大军出塞，自然响应，这是六 （《资治通鉴》卷一九三）。李世民听从 了大臣们的意见，派遣兵部尚书李靖为定襄道行军总管、并州都督李世责力为通漠道总管，华州刺史柴绍为金河道行军总管，灵州大都督薛万彻为畅武道行军总管， 率领十余万大军，向东突厥进攻。其时，定襄城由颉利可汗驻兵把守，防守严密。为了攻取定襄城，李靖没有采用大兵进行围攻，而是采取了突然袭击的战术。第二 年农历正月，李靖率领精锐骑兵三千，从马邑北进，首先出其不意地占领了定襄城南的重要战略据点 恶阳岭。突厥颉利可汗没有想到唐军会如此神速到来，大为 惊恐地说： 你们不全部来，李靖竟敢一支军队来？ （《新唐书 李靖传》）李靖利用突厥的恐慌心理，暗中派人进入定襄城活动，说服颉利可汗手下的头领康苏 密，带领萧后及杨政道一起归顺了唐朝，从而削弱了定襄城的力量，然后，在一天夜晚，李靖带领精兵突然袭击，一举攻破了定襄城。颉利可汗从定襄城逃走，退保 铁山。与此同时，李世绩则率领另一路唐军出兵云中，与东突厥战于白道，也获得胜利。在唐军大兵压境、节节胜利的形势下，颉利可汗派使臣来唐朝谢罪，请求继 续和好。唐太宗李世民派唐俭、安修身持节安抚，并命令李靖前往招降。李靖带兵在白道与李世责力相会后，两人商议说：颉利可汗表面请求投降，实际是想以此作 为缓兵之计，等草青马壮，退到漠北再发展势力。突厥兵马还有很多，如果退到漠北，道远路阻，难于追及，就会养成后患。现在，唐俭、安修身去后，突厥防务必 然放松，我军随后袭击，可以不战而胜。他俩把计策对张公瑾说后，张公瑾说：诏书已答应突厥投降，唐朝使者也去了，怎能再袭击。李靖说，这正是韩信灭齐国的 计策，时机不可错过。于是，李靖带领一万精兵，二十天的干粮，从白道进军，李世责力率军随后增援。果然，不出所料，颉利可汗放松了警惕。唐军前进到距颉利 驻地十五里时，才被发现。颉利仓促应战，部下纷纷溃败。结果，突厥被唐军杀死一万多人，俘虏了颉利的儿子叠罗施和突厥人民十余万口，颉利的妻子隋朝义城公 主也被唐军杀死。颉利带领万余人准备逃往漠北，李世责力带领部队在碛口堵住颉利返路，又俘虏了五万多突厥人。颉利大酋长也率领部下投降了唐朝。其后，颉利 投奔苏尼失部沙钵罗设，唐将张宝相率师进攻沙钵罗设，俘虏了颉利并押送到京城，苏尼失率部投降，从此恒安、定襄及漠南之地尽归唐朝。
定襄之战，给东突厥族以沉重打击，从此，东突厥灭亡。李靖也因这次战争被晋封为代国公。李世民说：李陵以步兵五千攻打匈奴，兵败投降，还被史书歌颂。李靖以三千骑兵攻取定襄城，这是从古未有的事，足可以洗掉我在渭水之战的耻辱，可见这次战争的重要性及其深远的影响。