吐谷浑是我国古代鲜卑族的一个部落，在唐朝初年渐趋强大，经常袭扰凉州、兰州、岷州、鄯州、廓州一带，威胁河西走廊。唐贞观八年，李世民派大将军段志玄率军出击，击败吐谷浑，迫使其西逃。唐军撤退后，吐谷浑又返回凉州，继续袭扰。为此，李世民决心再次大举征讨。已经告老还乡的65岁老将李靖主动请缨，遂被任命为西海道行军大总管，统率候君道、李道宗、李道彦、李大彦、高甑生等五路大军西征吐谷浑。
贞观9年闰4月，李靖率军抵达鄯州。吐谷浑可汗伏允闻讯，立即带兵西逃。李靖命令唐军追击，10天后在库山追上吐谷浑军。伏允在库山据险固守，唐将李道宗派遣1000名骑兵秘密迂回到山后攻击，吐谷浑军腹背受敌，溃不成军。
为阻止唐军追击，伏允在逃入沙漠前下令放火烧尽野草。多数唐将认为，过多的草已被烧尽，而且战马消瘦，士兵疲惫，不宜深入追击，不如撤兵休整，等待时机。唐将侯君集持有异议。他认为如不乘胜追击，吐谷浑将来还会卷土重来。李靖同意侯君集的意见，为避免重蹈前几次唐军出击吐谷浑留下后患的覆辙，决定兵分两路，深入追击。
李靖亲率北路军势如破竹，接连击败吐谷浑军，追至伏候路，伏允弃城逃走。李靖命将士继续追击。侯君集、李道宗率南路军，克服重重困难，穿越两千里无人烟的不毛之地，在乌海追上伏允，将其击败。伏允带余部逃脱。
随后，唐军打退了吐谷浑军的反击，翻越积石山，把伏允逼入塔克拉玛干大沙漠。唐将契芯何力带领千余骑兵，在薛万钧的策应下，进入沙漠，追上伏允，歼灭吐谷浑军数千。伏允虽然再次逃走，但终因走投无路而自杀。
同年五月，唐太宗李世民下诏，封伏允的儿子慕容顺为西平郡王。李靖班师凯旋。