为了彻底消除突厥在边境的威胁，李世民在即位后除了开展贞观之治外，还一边积极培训军队，养精蓄锐，准备征战突厥。629年东突厥军队侵扰河西，这为唐军出兵突厥提供了很好的征讨名义，唐突厥战争过程由此展开。
唐突厥战争过程涉及一系列战争，李世民先是派出唐军主力平定东突厥，名将李靖率军顺利就逼退颉利可汗了，但兵不厌诈，李靖生怕他为了伺机东山再起而假投降，于是拿定主意乘胜追击，夜袭阴山。
在浓雾掩护下，苏定方率领骑兵直接冲进颉利可汗的首都，使得颉利慌忙西逃，慌乱不堪的东突厥军队最后被唐军大败，所俘虏的男女人数便有十多万。残余的东突厥力量投靠了薛延陀部的夷男，组成军队挥师南下，不料被李世民派军击退至诺真水，并在唐军六路夹击下溃不成军，只能退回漠北，后来薛延陀部陷入内乱，唐军出兵平定。
至此，原东突厥地区臣服与唐朝，不过唐突厥战争过程仍未止步，西突厥内部分裂，贺鲁在唐太宗去世后反叛唐朝，继位的李治第一次派出的军队平叛失利，接着便派出两路大军讨伐西突厥。
其中一路的苏定方为主帅领兵，苏定方一路作战一边招降部落，这些部落因为感恩于唐军的抚慰心甘情愿加入他们的阵营，兵力壮大的唐军大败贺鲁的兵马，并擒下了他，西突厥汗国因此灭亡。为了巩固统治，唐朝在突厥地区分别设立了都督府和都护府。