乙巳日，太宗对身边的大臣说：“朕有两件值得高兴的事，一件值得担忧的事。近年来粮食连年丰收，长安城里一斗粟米的价格只值三四文钱，这是第一件值得高兴的事；北方的异族已经长久臣服，边境地区没有任何忧患，这是第二件值得高兴的事。天下安定太平，就容易滋生骄奢淫逸之心；一旦滋生骄奢淫逸之心，国家的危亡就会立刻到来，这就是那件值得担忧的事啊。”
冬季十月辛卯日，太宗在伊阙山狩猎。壬辰日，太宗驾临嵩阳县。辛丑日，返回宫中。
并州大都督长史李世积在并州任职十六年，政令严明，令行禁止，无论是汉族百姓还是异族百姓，都对他心悦诚服。太宗说：“隋炀帝为了防备突厥，不惜劳役百姓，修筑长城，最终却毫无用处。朕只把李世积安置在晋阳，边境就安宁无事，他所起的作用，比起长城来，难道不是更加雄壮有力吗！” 十一月庚申日，太宗任命李世积为兵部尚书。
壬申日，太宗的车驾向西返回长安。
薛延陀真珠可汗听说太宗将要东行泰山封禅，对他的部下说：“大唐天子前往泰山封禅，朝中的文武百官和兵马随从都会一同前往，边境地区的防御必定会空虚。我要趁这个时机攻取突厥的俟利苾可汗，就像摧枯拉朽一样容易。” 于是真珠可汗命令他的儿子大度设，征发同罗、仆骨、回纥、靺鞨、霫等部落的军队，总计二十万人，渡过沙漠向南进发，屯驻在白道川，占据善阳岭，准备袭击突厥部落。俟利苾可汗无力抵抗，率领部落进入长城以内，退保朔州，并派遣使者向唐朝告急。
癸酉日，太宗命令营州都督张俭率领本部骑兵，以及奚、霫、契丹等部落的军队，进逼薛延陀的东部边境；任命兵部尚书李世积为朔州道行军总管，率领步兵六万、骑兵一千二百人，屯驻在羽方；任命右卫大将军李大亮为灵州道行军总管，率领步兵四万、骑兵五千人，屯驻在灵武；任命右屯卫大将军张士贵率领步兵一万七千人，为庆州道行军总管，出兵云中；任命凉州都督李袭誉为凉州道行军总管，出兵薛延陀的西部边境。
各位将领辞别太宗，准备出征的时候，太宗告诫他们说：“薛延陀倚仗自己势力强盛，越过沙漠向南入侵，长途跋涉几千里，战马已经疲惫瘦弱。大凡用兵的道理，看到有利的战机，就要迅速进军；看到不利的形势，就要迅速撤退。薛延陀没能趁俟利苾可汗没有防备的时候，发动突然袭击；等到俟利苾可汗进入长城之后，他们又不能迅速撤退。朕已经下令让俟利苾可汗焚烧沿途的秋草，薛延陀的粮草一天天消耗殆尽，在野外又掠夺不到任何物资。不久前侦察的人回来报告说，薛延陀的战马几乎把沿途的林木枝叶树皮都啃食光了。你们应当和俟利苾可汗相互配合，形成掎角之势，不必急于出战，等到薛延陀的军队准备撤退的时候，再一鼓作气，奋勇出击，必定能够将他们击败。”
十二月戊子日，太宗的车驾回到京城长安。
己亥日，薛延陀派遣使者入朝拜见太宗，请求与突厥和亲。甲辰日，李世积在诺真水击败薛延陀军队。起初，薛延陀攻打西突厥沙钵罗叶护可汗和阿史那社尔的时候，都是凭借步兵作战取胜。等到将要入侵唐朝的时候，薛延陀大规模训练士兵的步兵战术，让五个人编为一个战斗小组，其中一个人负责看守战马，另外四个人在前面冲锋作战，一旦战斗获胜，就立刻骑上战马追击逃敌。当时大度设率领三万骑兵进逼长城，想要袭击突厥部落，然而俟利苾可汗已经逃走，大度设知道此次袭击无法成功，就派人登上长城，辱骂俟利苾可汗。恰逢李世积率领唐朝大军赶到，尘土飞扬，遮天蔽日。大度设心中畏惧，率领他的部众从赤柯泺向北逃走。李世积挑选麾下的精锐士兵，以及突厥的精锐骑兵共六千人，取直道追击，越过白道川，在青山追上了薛延陀的军队。大度设率领部众连日奔逃，抵达诺真水后，整顿军队，准备迎战唐军，阵地连绵长达十里。突厥的军队率先出战，结果战败，向后方溃逃。大度设率领军队乘胜追击，与唐朝大军遭遇。薛延陀的士兵万箭齐发，唐朝军队的战马大多被射死。李世积命令士兵们都下马，手持长矛，向前直冲薛延陀的阵地。薛延陀的军队溃散奔逃。副总管薛万彻率领几千名骑兵，前去捉拿薛延陀军中负责看守战马的士兵。薛延陀的士兵失去了战马，顿时不知所措。唐朝大军趁机纵兵追击，斩杀敌军三千多人，俘虏五万多人。大度设脱身逃走，薛万彻率兵追击，没有追上。薛延陀的残兵逃回漠北的时候，正遇上大雪，人和牲畜被冻死的，达到了十分之八九。
李世积率领军队返回定襄。居住在五台山的突厥思结部落发动叛乱，逃走他乡，当地的州兵出兵追击。恰逢李世积的大军返回，两军合力夹击，将叛乱的思结部落全部诛杀。
丙子日，薛延陀的使者向太宗辞行，准备返回本国。太宗对他说：“我曾与你们约定，和突厥