唐朝初年，吐谷浑虽然一直与唐朝友好往来，但多次侵扰兰州、凉州等地，阻断了唐朝与西域往来的交通要道。
贞观八年，凉州遭到了吐谷浑大军侵犯。唐太宗召集军队大举进攻吐谷浑。太宗打算任命李靖为统兵将领，可是认为他年纪太大，经不起南征北战。李靖听说后，请求出征，唐太宗十分高兴，满脸红光。十二月初三，任命李靖为西海道行军大总管，各路兵马都受他管辖。兵部尚书侯君集、刑部尚书任城王李道宗、岷州都督李道彦、凉州都督李大亮、利州刺史高甑生分别为积石道、鄯善道、赤水道、且末道、盐泽道行军总管，并在突厥各部的合力下，共同对付吐谷浑。
贞观九年（公元635年）闰四月初八，吐谷浑在库山被李道宗击败。可汗伏允被击败后，于是烧光自己所有东西，率锐兵往西逃往沙漠地带以逃避唐军追击。唐朝诸将领认为马没有粮食可食，已经非常疲乏，不能孤军作战。侯君集说：“过去，段志玄军队还朝，才至鄯州，城下已聚集了吐谷浑士兵。因当时吐谷浑还较强大，众人还替他们效力。现在敌军失败一次后，兵逃人散，守卫的哨兵们也已撤退。君臣离散，父子难以相见，攻取他们易如反掌，这时不乘胜追赶吐谷浑，将后悔莫及。”李靖采纳他的意见，将所率军队分作两路：侯君集与任城王李道宗为南路军；李靖与李大亮、薛万均为北路军。
李靖的手下部将薛孤儿在曼头山打败吐谷浑，并斩杀了吐谷浑的名将，大获杂畜，以充军粮。不久以后，李靖等人又在牛心堆大破吐谷浑，又破敌于赤水源。
侯君集和李道宗两位大将率南路军艰难跋涉，走过杳无人烟的草地两千多里，而且气候极端反常，盛夏降霜。过破逻真谷时，其地无水，只好人啃冰，马嚼雪以解渴。直至五月，侯君集等在鸟海最终追上了伏允。双方一场激战，唐军获胜，活捉吐谷浑的名王梁屈葱，但伏允潜逃。
率领百余名轻骑的北路军将领薛万均、薛万彻深入到赤海，突然被吐谷浑天柱王数千骑兵包围。猛烈的激战中，薛氏两兄弟都中枪从马上落下，步行而战，十分之六七的士兵死亡。
在这危急时刻，契苾何力率领数百骑兵飞驰赶到，纵横奋击，突破重围，所向披靡。敌军大败，万均、万彻也才转危为安。李大亮在蜀浑山打败吐谷浑军，二十名吐谷浑名王首领被捕。吐谷浑军在居茹川被将军执失思力大败。李靖率领各路军马途经积石山河源，过了且达，一直到达西部边塞地区，听说伏允在突伦川正往于阗逃跑，契苾何力打算乘势追击，薛万均吸取先前经验教训，坚决不同意这一策略。契苾何力说：“吐谷浑不定居，没有城郭，随水草迁移流动，如不趁他会集一块时攻击，等到他们四处游荡，如何彻底清理他们的据点呢？”于是亲自挑选骁勇骑兵一千多人，向突伦川进发，万均率部随后。沙漠中缺水，将士只得抽饮马血。唐朝军队打败在牙帐地区的伏允，杀死了吐谷浑军队几千名将士，获牲畜二十多万，伏允再次脱逃，唐军俘获其妻子儿女。
经过星宿，侯君集等所率的南路军到达柏海。然后，与北路军的将领李靖回师会合。
慕容顺在唐朝初年回到吐谷浑后，并没有被任为太子，充其量只是一个大宁王。虽然他是嫡子，但留居中原，长期没有归来，伏允可汗已经立其他的儿子为太子了。慕容顺心中一直很不痛快，想寻机夺取太子的地位。李靖率唐军取得节节胜利，使吐谷浑受到沉重的打击，吐谷浑的士兵们愤恨天柱王，不该诱使伏允可汗与唐发起争端。慕容顺感到这是不可多得的良机，于是利用民心所向，斩了天桂王。而率领千余人马的伏允可汗逃到了沙漠之中，流浪十余日，部下将领逐渐分离散去，伏允可汗最后被左右随从害死。吐谷浑遂立慕容顺为可汗。
五月十八日，李靖上奏说吐谷浑已被平定。二十一日，唐太宗下令恢复吐谷浑国的称封，并封亲唐朝的慕容顺做了西平顺王甘豆可汗。太宗还担心他无法将局势控制住，于是令李大亮率精兵数千为其声援。
吐谷浑甘豆可汗在中原长时间做人质，国内的民众都不拥护他，最后死在自己手下人的手里。他的儿子燕王诺曷钵被立为可汗。诺曷钵年少无力，大臣们争权夺势，时局一片混乱。十二月，太宗诏令兵部尚书侯君集等率兵援助；开始先由使者向他们宣讲教化，如果他们仍不听从诏令，就寻找时机去讨伐他们。
贞观十年（公元636年）三月初七，诺曷钵派使者往大唐，请求在吐谷浑颁用唐的历法，沿用唐的年号，并允许吐谷浑子弟侍奉唐朝。太宗欣然同意。十七日，淮阳王李道明被太宗派去出使吐谷浑，册封诺曷钵为河源郡王、鸟地也拔勤豆可汗，于是吐谷浑归人大唐旗号之下，征战之时也用唐的旗帜。贞观十三年（公元639年）十二月，诺曷钵亲自入唐朝拜，献上马、牛、羊一万，并向大唐请婚。太宗满口答应，许给他宗室女弘化公主，陪嫁财礼也颇为丰厚，并将公主由李道明和右武卫将军慕容宝护送到吐谷浑。但不久，吐谷浑内部又发生动乱。丞相宣王专权，妄图篡位夺权。其谋略是诈言祭祀山神，调集军队，之后进击弘化公主，挟诺曷钵可汗向吐蕃投降。原来，太宗时期吐蕃兴起，唐和吐蕃两大势力中间是势力稍弱的吐谷浑，并成为双方争夺的对象。因此，吐谷浑内部就出现了亲吐蕃和亲唐两种不同的政治派别。丞相宣王属于亲吐蕃一派，可汗慕容顺、诺曷钵则是亲唐一派。
诺曷钵得知宣王谋叛的机密后，率轻骑慌忙逃奔鄯善城，受到威信王的迎接。不久，唐的果毅都尉席君买和威信王合力大败宣王，斩了宣王三兄弟，随后上奏唐廷。时在贞观十五年（公元641年）四月二十七日。由于吐谷浑国内仍然很不安定，太宗于是又派民部尚书唐俭、中书舍人马周前去抚慰，重新将混乱的吐谷浑政权稳定下来。太宗逝世后，又雕刻诺曷钵的石像，列于昭陵之下，象征臣服大唐。在进攻吐谷浑时，李靖曾厚礼党项，他们为唐军充当向导。党项首领拓跋赤辞来到军中，对诸将领说：“原来不守信用的隋朝，总是掳掠我们。现在你们的各路兵马如没有害我之意，你们的粮草请让我来供给；如果不是这样，我们会占据险要地势阻碍你们。”将领们同他约定后将其释放。赤水道行军总管行军到了阔水，李道彦见拓跋赤辞没有防备，于是偷袭他，获几千头牛羊。党项族人被惹怒，他们占据野狐峡，使李道彦的部队不能前进。李道彦被党项击败，伤亡万人，李道彦部撤退到松州。左骁卫将军樊兴因逗留而耽误军期，士兵们纷纷逃散。二十二日，樊兴、李道彦因此获罪，被流放到边远地区。
太宗派使节慰劳众位将领。为了夸耀自己的功劳，薛万均肆意诋毁契蕊何力。契苾何力不胜愤怒，拔出刀子，打算杀掉薛万均，幸亏众将相救，薛万均才免一死。太宗听说后责难契苾何力，契苾何力说明详细的情况，太宗大怒，要将薛万均的官职授给契苾何力。契苾何力婉言谢绝，他说：陛下由于我的缘故而解除薛万均官职，那些不知真相的外族官员，还认为陛下重视外族而轻视汉人，争斗之事必然增多。而且会使外族有轻视汉人之意。太宗赞许他的意见，没有处置薛万均。不久，将玄武门宿卫官一职授予契苾何力，又把宗室女临洮公主嫁给他。