唐太宗撤销了与夷男和亲的婚约。尽管大臣褚遂良强烈反对，说皇帝不能言而无信。唐太宗极力辩解，说如果公主嫁给了夷男，夷男的可汗之位将在敕勒有更大的合法性，唐朝将更加难以控制薛延陀。对此，李勣及诸将皆表示赞同，还笑褚遂良等文官迂腐，恐为大唐在北方遗留下一个大患。
与此同时，夷男也还在继续定期攻打突厥。当唐太宗派特使阻止他这样做时，夷男回答道：
“我怎么敢不听从皇帝的圣旨呢?但突厥人背叛，不应该被信任。在灭亡他们的国家之前，他们每年入侵中国杀害数千人。我认为，皇帝打败他们后，他们会成为奴隶，并把他们赏赐给共同围剿他们的人。而皇帝却把他们看做自己的儿子一样，对他们非常礼遇。尽管如此，阿史那结社率还是反叛了嘛。它们看起来像人类一样，但心如野兽，就不应作为人类对待。我接收了皇帝的很多恩典，我没有什么可报答的。我愿为中国杀死突厥。”
截至644年底，东突厥人没有全心全意地支持了阿史那思摩摆在首位。在薛延陀威胁下漠南蒙古崩溃，突厥人逃返唐的领土，并再次在中原定居。阿史那思摩也回到了唐，再次成为唐朝将军，唐试图重建的附庸国东突厥灭亡了。
这引起了唐太宗极大的不满。在夷男派了一位特使朝见他时，他当时正在准备攻打高丽，唐太宗回答使者道：“回去告诉你的可汗：我和我的儿子现在要征讨高丽。如果他认为可以利用这个机会，我们欢迎他来！”。
夷男对唐太宗的愤怒感到恐惧，派出了另一使者道歉，并提出要协助征讨高丽，被唐太宗拒绝了。
645年，唐太宗在安市（今辽宁鞍山市）附近的驻驆山打败了高丽的主力，高丽莫离支（摄政）渊盖苏文请求夷男攻打唐朝，许诺如果夷男做到，将给他极大的利益。夷男害怕唐太宗，并没有这样做。
然而，唐太宗由于安市不克，最终被迫放弃东征。
夷男死于645年。在这个时候，夷男的正妻所生的拔灼，管理薛延陀西部的薛延陀的本族；而夷男的另一个儿子曳莽，不是夷男的正妻所生，管辖薛延陀东部的其他民族。人称曳莽暴虐，并与拔灼有恶劣的关系。葬礼之后，曳莽怕拔灼会害他，突然离开，回到汗国东部。拔灼追赶把他杀死，然后自称颉利俱利薛沙多弥可汗（简称多弥可汗）。
拔灼继承王位后，决定攻打唐朝，认为唐太宗正在东征高丽，唐的边界将不设防。然而，唐太宗预计到了薛延陀会突然袭击的，命令执失思力率领突厥士兵保卫夏州（今陕西榆林）。拔灼攻击，执失思力和另一位将军田仁会，设置陷阱，诱导拔灼攻打夏州，在夏州击败了拔灼。拔灼撤退後，很快又再次袭击夏州。
646年初，唐太宗下令，除了执失思力和田仁会的部队，命令礼部尚书江夏王李道宗，发朔、并、汾、箕、岚、代、忻、蔚、云九州兵镇朔州；右卫大将军代州都督薛万彻，左骁卫大将军阿史那社尔，发胜、夏、银、绥、丹、延、鄜、坊、石、隰十州兵镇胜州；胜州都督宋君明，左武候将军薛孤吴，发灵、原、宁、盐、庆五州兵镇灵州，以抵御拔灼的攻击。拔灼到达长城后，知道唐军已被动员，连忙撤退。
646年春天，执失思力和乔师望，击败拔灼，拔灼逃离，薛延陀坠入混乱。
拔灼易怒多疑。他不用夷男的大臣，用自己的亲信取代他们。这导致贵族不服从他。他作出回应，杀死了大批贵族。薛延陀的附庸回纥，其首领药罗葛吐迷度，与仆骨和同罗反叛拔灼。
贞观二十年正月初八，夏州都督乔师望、右领军大将军执失思力进击薛延陀，大败之，俘虏2000余人，多弥可汗乘轻骑北逃。多弥可汗生性暴躁，对臣下猜忌，少施恩惠，对其父所用贵臣多加杀戳，专任自己的宠信之辈，部众不服，遂至骚乱。回纥酋长吐迷度与仆骨、同罗联兵进攻薛延陀，多弥大败。
唐太宗见击灭薛延陀时机已到，遂于六月十五日命李道宗、阿史那社尔为瀚海安抚大使，执失思力率突厥兵，右骁卫大将军契苾何力统领凉州及胡族兵，代州都督薛万彻、营州都督张俭各率本部兵马，分兵几路，齐头并进，进攻薛延陀。
由于攻击已经开始，唐校尉宇文法是出使乌罗护、靺鞨的使者，返回唐朝时，他遇到了薛延陀的阿波设。宇文法率领他的靺鞨部队，击败阿波设。导致更多的薛延陀人相信唐朝主力已经抵达。
在恐慌中，拔灼逃到阿史德部落，当回纥听到这个消息，袭杀了拔灼，屠戮他们找到的薛延陀的王族成员。在回纥接管了薛延陀的大部分领土后，许多薛延陀人向唐军投降。
剩下的薛延陀人支持夷男的侄子咄摩支为伊特勿失可汗，以图恢复薛延陀。但唐朝和敕勒都不表示承认。
多弥可汗见大势已去，率数骑投奔阿史德时健部落。回纥发兵进攻该部落，杀死多弥可汗，其宗族也被屠戮殆尽。薛延陀余众7万余口向西溃逃，拥立夷男侄子咄摩支伊特勿失为可汗。
咄摩支伊特勿失遣使上书朝廷，请求在郁督军山（即今蒙古国境内杭爱山东支）北麓保聚驻牧。唐太宗派李绩和兵部尚书崔敦礼前去安抚。
唐太宗派李勣前去咄摩支伊特勿失的驻地，指示他：“降则抚之，叛则讨之。”
李勣至郁督军山，其酋长梯真达官帅众来降，但他却暗中图谋再起。李勣识破其计，遂纵兵讨击，斩杀5000余人，俘男女3万余口，将咄摩支伊特勿失带回了长安。
李道宗率兵渡过沙漠，薛延陀达官阿波率数万人抵抗。李道宗将其击败，杀千余人，乘胜追击200里。
回纥、拔野古、同罗、仆骨、多滥葛、思结、阿跌、契苾、跌结、浑、斛薛等铁勒11部酋长相继前来请求归附唐朝。求置唐官，同为编户，并设州郡。
自此，唐朝彻底灭了薛延陀，使北部边境从此得以安定。