唐高宗显庆年间，大将苏定方平定西突厥，唐朝的势力范围扩展到了中亚腹地。当时，唐朝最为强劲的对手吐蕃开始向唐朝挑战，吐蕃支持西突厥的阿史那都支和李遮匐叛唐。二蕃叛唐后，唐朝一时之间平定不了他们。而且，在青海战场上，唐朝两次被吐蕃打败，咸亨元年薛仁贵兵败大非川，仪凤三年李敬玄兵败青海，这两次败仗使唐朝损失了大约30万左右的军队。这样一来，唐朝在青海战场上只能转入战略防御。
在这样的情况下，唐朝便希望在西域战场上有所动作，从而减轻唐军在青海战场的压力。于是，裴行俭就担当起了这样的重任。当时，被大食消灭的波斯萨珊王朝君主后裔泥涅师在长安，而唐朝也有意扶持波斯残余势力的复国斗争，从而遏制大食的扩张势头。于是，裴行俭提议以护送波斯王子泥涅师的名义前往西域，乘机平定二蕃。这得到了唐高宗的同意。
裴行俭曾经在西州生活过，当地人听说裴行俭到来，都出城相迎。裴行俭乘机征召了上千豪杰子弟跟着自己向西而行，又散布消息说，现在天气炎热，不适合远行，要等秋天凉快之后，再行上路。这当然是说给阿史那都支听的，阿史那都支得知这个消息后果然放松了警惕。紧接着，裴行俭又以打猎游赏为名召集了上万人的胡人子弟。裴行俭带着这帮人假装游猎，同时集结军队，背道而行，迅速到达离阿史那都支部落10里的地方。
这时，裴行俭先派人问候阿史那都支，说是路过，接着又派人去召见阿史那都支。面对突然之间来到眼前的裴行俭大军，阿史那都支措手不及，就亲自迎接，结果被活捉。裴行俭用阿史那都支的令箭召集他的主要属下，把他们也都擒获。
裴行俭又调遣精锐，日夜兼程，去平定李遮匐。路上，裴行俭抓住了李遮匐的使者，就让他前去通知李遮匐。李遮匐听说阿史那都支已经落入了唐军的手中，也没办法了，就向裴行俭投降。裴行俭就这样兵不血刃地平定了叛唐的二蕃，巩固了唐朝在西域的势力，从而使唐朝与吐蕃之间再次形成了一种战略的平衡。