贞观三年（629年）十一月二十三日，六路北伐大军誓师出征。
首先与突厥人遭遇的是李道宗兵团。
李道宗是皇亲，十七岁时追随李世民参加了平定刘武周、窦建德、王世充的战争，屡立战功。李道宗也参加过对突厥的战争，在担任灵州总管期间，灵州屡遭突厥人的侵扰。有一回，梁师都兵团与突厥骑兵数万人进犯灵州，李道宗坚强防御，并不失时机出击，最终击败突厥人。事后，唐高祖李渊封他为“任城王”。之后，他又收复被突厥将领阿史那郁射所占据的五原城，拓疆千余里。
十一月二十九日，兵出灵州的李道宗兵团抵达边境，突厥人对他发起进攻，李道宗镇定自若，指挥部队英勇反击，突厥人抵挡不住，落荒而逃。这是唐军北伐的第一场胜仗。
大唐帝国出动十余万骑兵北伐突厥，对突厥及其周边的部落是一次大震动。
游牧民族向来以骑兵强悍而著称，没想到唐军竟然在一夜之间，建立了如此庞大的骑兵队伍，着实令游牧民族跌破眼镜。
十二月二日，突利小可汗前往长安城，朝见唐太宗，向大唐帝国投降。唐太宗对于父亲李渊曾向突厥称臣一事，一直耿耿于怀，如今，虽然颉利可汗尚未抓获，但突厥的二号人物突利小可汗前来朝见，他高兴地对左右说这件事“庶几可雪前耻”。
在突利小可汗归降的同时，突厥大将阿史那郁射、荫奈特勒也率部来降。
阿史那郁射是突厥最重要的将领之一，曾经参加过多次对大唐的侵略战，曾一度长期占据五原城，后被李道宗率部收复。在“玄武门事变”之前，阿史那郁射率突厥骑兵南掠河套，进逼乌城，这次进犯居然成为“玄武门事变”的导火线，阿史那郁射与荫奈特勒的归降，足以说明颉利可汗众叛亲离，成为真正的孤家寡人了。
受突利小可汗归降的影响，突厥东部的靺鞨部落也遣使入贡，唐太宗李世民不无得意地说：“古人认为抵御戎狄没有上佳的策略，我看不然，只要中国强大安定，四夷自服，这岂非是上策？”
颉利可汗的牙帐设在定襄，有突厥精兵把守，如何夺取定襄，便成为统帅李靖思考的首要问题。如果只知道一路挺进，与突厥骑兵硬碰硬打仗，那就算不上一个优秀的将领了。李靖足智多谋，当然不会用那种笨方法。首先他分析敌方统帅，颉利这个人，有野心，没魄力，无远见，缺乏冒险精神，特别是没有坚忍不拔的意志。颉利从兄长手上继承可汗之位，当时拥兵百万，有凭陵中国之志，但是他支持的中国诸势力逐一被李唐政权击破，突厥对大唐发动的战争，也就是抢掠性质的，在中原一个据点也没有，而且，曾两次在兵力占优势的情况下，被李世民以一张利嘴逼退。优柔寡断、生性多疑是颉利的性格弱点。
针对敌方主将的弱点，李靖设想了一个大胆的作战计划，以三千骑兵对定襄发动突袭。在战场上，兵力的多寡固然重要，但更重要的是要有超凡的勇气与胆略，李世民的成功之处正是在此，李靖亦然。
打定主意之后，李靖亲自挑选了三千名最为强悍的骑兵，从马邑出发，马不停蹄，直奔定襄南部的恶阳岭。
李靖深知突厥人的剽悍，要战胜敌人，须以剽悍来对抗剽悍。
李靖这个人，并不仁慈，他曾经说过：“古之善带兵者，必定能杀士卒十分之三，其次也能杀十分之一。”这句话不禁令人想起古罗马名将克拉苏在剿杀斯巴达克起义时，曾经以残忍的“十一抽杀令”杀死十分之一的士兵，以整饬部队的纪律与战斗力。当然，李靖没有做过这样的事，他的真正意思是，对于该杀的士兵，他决不会手软，这足见其治军之严酷。
严酷的另一面，是严格训练，只有严格训练才可以减少战斗中的伤亡。李靖对骑兵的要求十分严格，有三大要求：第一，要能在身穿重甲的情况下正常战斗。重甲可以最大限度减少战斗中的伤亡，但是不能因为防御能力的增强而削弱进攻能力；第二，无论是使用刀或是枪作为武器，其力度必须要能刺穿厚厚的铠甲，提高战场上的有效杀伤力；第三，在重装备的情况下，必须能够保持骑术的水平，不能影响上马、下马以及马背作战的稳定性。
李靖所挑选的三千名骁勇骑士，都符合上述要求，是骑兵中的佼佼者。李靖这一年已经五十九岁，这个年龄还要与年轻的骑兵一起奔袭数百里，这对李靖来说是一个不小的考验，但是意志坚强的他仍然有强健的体魄，他的毅力弥补了岁月对体力的摧残。
李靖率三千人组成的突击骑兵以急行军的速度，推进二百里，以迅雷不及掩耳之势，一举攻占位于定襄南面的恶阳岭，全歼突厥的守军。
李靖命令骑兵们在恶阳岭稍事休息，等待夜幕降临。
此时正是贞观四年的正月，北方的天气还非常寒冷，大地覆盖着冰雪，夜晚的风寒彻骨髓。此时在离恶阳岭不远之处的定襄突厥营地，突厥人正躲在帐篷里喝着酒，烤着火，以驱散身上的寒意。与此同时，一队唐军骑兵从恶阳岭悄悄出发了，目标是定襄突厥可汗的牙帐。
颉利可汗已是睡眼蒙眬了，虽然在去年底，唐军发动了所谓的六路进剿计划，但是两个多月过去了，唐军的进展速度十分迟缓。颉利可汗对唐军的表现，不禁哂然一笑，要知道在过去的数年里，突厥对大唐帝国的进攻，选择的时间基本上是四月到十月，其中以八月到十月的攻势最为猛烈，因为这是秋高马肥的季节。而李靖北伐的时间，却选择在冬季的十一月，而且是向北攻击，冬天本来就十分严寒，越往北越严寒，在这个时机发动战争，岂不是不合常理吗？
李靖心里很清楚，在寒冷的冬季发动进击，对进攻一方十分不利，这只是他使出的一招疑兵之计，将大军陈列于边塞，使突厥人搞不清何时会发动突袭。两个多月过去了，突厥人显然失去防范之心，颉利可汗判断唐军会在春暖花开之后才进军，但是李靖的作战思路是不合常规的。
入夜时分，李靖的三千骑兵在夜幕的掩护下，对突厥营地发动突袭。当颉利可汗听到战马的厮叫声时，他猛地惊醒了，大唐军队从天而降，已经神不知鬼不觉地向牙帐发动进攻了！营地之外一片混乱，突厥人猝不及防，仓促应战。在惊慌失措之下，竟然组织不起有力的抵抗，没有战斗阵形，只是一片混战。
唐军来了多少人马？黑乎乎的，看不清楚，紧张的气氛之下，草木皆兵。一位将领的伟大之处，在于能在最短的时间内，做出准确的判断，但颉利可汗显然不是这样伟大的将领，他得出的是错误的判断：“唐军若不倾国而来，靖岂敢孤军至此？”
出乎他意料的是，李靖就是孤军深入。
慌乱之中的颉利可汗只听得帐外杀声震天，兵戈相鸣，心中暗暗叫苦，倘若唐军真是倾国之兵前来，如果不趁着夜晚的掩护逃出，势必将在次日黎明时分全军覆没。关键时刻，性格决定命运。颉利可汗不敢赌命，没有孤注一掷、决一死战的勇气。他在逃跑上倒是十分果断，既然形势不明，不如先撤退，三十六计，走为上计。颉利可汗跨上自己的坐骑，在亲兵的掩护下，“哒哒哒”地就朝着铁山的方向逃去。
可汗一逃跑，对军队的士气是致命的打击，其余突厥士兵也一哄而逃，逃得慢的便成为唐军的刀下之鬼，到了黎明，定襄已经落入李靖之手。
在此役中，李靖还有意外的收获。颉利可汗的亲信康苏密，在李靖的劝说之下，向唐军投降，与康苏密一起投降的，还有隋炀帝的夫人萧皇后以及孙子杨政道。
出奇制胜，这战打得太漂亮了。远在京师的唐太宗李世民得知定襄大捷的消息后，不禁击节叫好，后来他当面称赞李靖道：“昔李陵提步卒五千，不免身降匈奴，尚得书名竹帛；卿以三千轻骑深入虏庭，克复定襄，威震北狄，古今所未有，足报往年渭水之役。”
后来唐代诗人卢纶写了一首《塞下曲》：“月黑雁飞高，单于夜遁逃。欲将轻骑逐，大雪满弓刀。”正是定襄之战的写照。
颉利可汗一行人向铁山方向（阴山以北）逃窜，准备将牙帐设置于阴山以北的碛口，这一路奔命，有如惊弓之鸟。
当李靖对定襄发起突袭时，依据他所订的战略，李世勣兵团从云中即刻发兵，直逼阴山之南，等待李靖三千铁骑克复定襄之后，阻断颉利可汗大军的退路。
李世勣也是初唐最著名的将领之一，他原名徐世勣，后被赐李姓，故以李世勣之名闻名于世，后来为了避李世民的名讳，就改称为李勣。李世勣出生于富裕之家，自小深受侠义精神的熏染，有胆略，有义气；隋末天下大乱，十七岁的李世勣投奔翟让起义军，很快崭露其军事天才，隋政府派张须陁率兵两万前往镇压，被李世勣所击破。李世勣所在的瓦岗军，可以说是隋唐英雄的一面旗帜，为后人所津津乐道，在瓦岗军时代，李世勣战功赫赫。
后来瓦岗领袖李密兵败降唐，李世勣也归降大唐。不久，郁郁不得志的李密欲反唐东山再起，兵败被杀。在这敏感时期，李世勣冒风险上书李渊，请求为李密收葬，亲自身着丧服，为李密修起一座七仞高的坟墓，可谓是忠义之士。李世勣镇守黎阳时，被窦建德击败，窦建德以李世勣的父亲徐盖为人质，李世勣被迫向窦建德投降，后来又脱离窦营，回到李唐阵营中，追随李世民参加了平窦建德、王世充，讨伐刘黑闼、徐圆朗的战争，之后又追随李孝恭、李靖参加平定辅公祏的战争，可谓是身经百战。
李世勣也曾与突厥人交锋过，唐高祖武德八年（625年），突厥入侵并州时，李世勣被任命为行军总管，率军与突厥人血战，最后击败了突厥的入侵。
李靖在定襄得手之后，李世勣也摩拳擦掌，跃跃欲试。因为唐朝北伐大军从南面兵分六路压迫突厥，倘若颉利可汗失利，那么他只有一个逃跑的方向，便是向北逃窜。在定襄北部，是横贯东西的阴山山脉，从定襄要翻越阴山，最便捷的道路，即是通过白道。
经过昼夜兼程，李世勣兵团终于赶在颉利可汗之前抵达白道。此时颉利可汗仍然判断唐军的主力正在定襄一带，哪知当他鼠窜到白道之时，李世勣已经以逸待劳，这下颉利可汗更加惊恐不安。两军在阴山的南侧展开激战，一方是士气正旺的唐军，一方是在丢了定襄之后灰心丧气的突厥部队，仗还没开打，士气已决定胜负矣。颉利可汗到现在还弄不清楚唐军是如何部署的，怎么他走到哪，哪都有唐军的主力呢？李世勣的英勇骑兵勇猛地投入战斗之中，突厥人损失惨重，勉强摆脱了李世勣兵团的追击，进入阴山山区。
此时李靖的三千铁骑以及驻守于马邑的部队也陆续抵达白道，与李世勣兵团会师。
吃了两场败仗后，颉利可汗逃到阴山以北，此时他手中还有数万的军队。想当年刚即位之时，颉利可汗四处侵扰，只有突厥人的主动出击，哪有别人来侵犯的呢？可是短短几年的时间，颉利可汗便有恍如隔世的感觉。唐军来势汹汹，不行，得先议和，先缓解一下唐军猛烈的攻势。
于是颉利可汗派出执失思力作为和谈代表，前往唐帝国都城长安，觐见唐太宗，请求投降。颉利可汗派执失思力出使，这可不是个好主意，要知道当年突厥人兵进渭水，威胁长安城时，正是这位执失思力作为特使入长安，在唐太宗李世民面前大放厥词。
执失思力传达颉利可汗的诚意，请求举国归附唐王朝，并且称颉利可汗将亲自入长安朝见唐太宗。对于执失思力的话，唐太宗李世民不会轻信，颉利可汗这个人，虽然没有什么本事，但有野心，好面子。不过为了谨慎起见，唐太宗决定派遣鸿胪卿唐俭与将军安修仁，前往突厥会晤颉利可汗。