“渭水之盟”之后，李世民加紧训练将士，每天召集几百名将士在殿前练习弓箭，没用多长时间，便练出了一支攻防俱精的军队。
公元628年，北方因一场大雪而发生了严重的饥荒，东突厥的牛羊被冻死和饿死很多，颉利可汗趁机加紧对其他部族进行掠夺和压迫，引起了各部族的反抗。颉利派他的堂兄弟突利去镇压，反被打得大败而归。颉利追问突利丧师之罪，将其痛打，突利挟羞带愤，率部下投到了唐朝。李世民抓住这个时机，派出李靖、李勣（即徐世勣，因功被赐李姓）等4名大将率领大军10多万，由李靖统率，分路出击突厥。
公元630年正月，李靖率骑兵趁黑夜攻下定襄，李勣在白道（今内蒙古呼和浩特市北）大破突厥。颉利既败，怕唐军继续追赶，卑词请降作缓兵之计，在阴山休养生息，准备进入漠北。李世民一面派唐俭到突厥表示安抚；另一方面，又命令李靖带兵前去察看颉利动静。李靖与李勣会师白道，合谋进兵。他们挑选了1万精兵，每人带20天的粮食，一路跟踪到了阴山。唐军乘夜出兵，李靖在前，李勣在后，在阴山俘获突厥1000余帐。
当时，唐朝派遣的议和使臣唐俭正在突厥营中，颉利可汗毫无战争准备。当唐军发起攻击时，突厥兵无力应战，纷纷溃逃。此战，突厥兵被杀死1万余人，俘虏10余万人，缴获牲畜数十万头。颉利可汗乘千里马逃跑，被李勣堵住归路，颉利无法北归，转而带败兵逃到小可汗苏尼失的居地灵州（今宁夏灵武西南），苏尼失把颉利执送唐军，率众投降。
阴山之战，唐军大败东突厥，提高了李世民在西北各族中的威信。
