唐军每日骑马，披甲结阵，因此战马大多瘦死，士卒疲劳，没有战斗的意志。苏定方心急如焚，对程知节说：“天子下诏征讨敌人，如今却只是防守，马饿兵疲，遇上敌人就会失败。怯懦成这个样子，如何能立功呢？再说您是大将，然而领兵在外打仗的事都不能自己做主，要看副将的眼色才能决断，按理决不会这样！何不把王文度关押起来，迅速传表章上奏朝廷等待天子命令？”程知节没有听从。
大军到达恒笃城，有胡人投降归附。王文度又说：“这些胡人现在投降，等我军撤回后，他们还会反叛，不如全部杀死，夺取他们的物资钱财。”苏定方说：“如果这样处置，那便是自己当贼，又怎能说是讨伐叛逆？”王文度不听。等到瓜分财物时，唯独苏定方一点都没拿。[14][15]
显庆元年（656年）十二月，唐军无功而返，王文度矫诏该当判处死刑，后特除名为平民；程知节因逗遛不前且追击不力，在减免死刑后，被罢去官职。[16]
西灭突厥
主词条：唐灭西突厥之战
显庆二年（657年）春闰月，高宗任命苏定方为伊丽道行军大总管，燕然都护任雅相、药罗葛·婆闰等人为副将[17]，再次征讨西突厥沙钵罗可汗阿史那贺鲁。苏定方从金山（今蒙古国西部阿尔泰山）北面出兵，大破西突厥处木昆部，其俟斤（首领）懒独禄率领兵众一万多帐投降。苏定方加以安抚，从中调发了一千骑兵，共同进军至曳咥河（今新疆北部额尔齐斯河）。阿史那贺鲁闻讯，率领十万大军前来应战。苏定方率汉军及回纥兵一万余人同西突厥展开战斗。[18]
战斗伊始，贺鲁轻视苏定方兵少，命左、右翼予以包围。苏定方命令步兵占据制高点，集中长矛一致朝外，亲率强劲骑兵在北边的平地上摆好阵势。突厥军向步兵阵地发起了三次冲锋，均不能攻入。苏定方乘乱进攻，在三十里的战线上展开激战，斩杀突厥人马数万，杀其大酋都搭达干等二百人，突厥军奔溃。
次日，苏定方整军进兵。胡禄屋等五弩失毕举众来降，贺鲁独自与处木昆屈律啜率数百骑向西逃走。余下的五咄陆部听闻沙钵罗可汗兵败，也分别奔往南道降于步真。苏定方命令副将萧嗣业、婆润率各部赶赴邪罗斯川（今伊犁河西）追击败兵，自己则与任雅相率领新近投降的部众拦截突厥军后路。适逢天降大雪，积雪“平地二尺”，部将请求稍事休息，苏定方说：“敌人依恃大雪，以为我军不能前进，必休整兵马，现进军乘其不备则可以追赶上，如果迟缓放纵让他们远逃而去，那就不能擒获了！”于是领兵踏雪进发，昼夜兼程，沿途所过地区收取其逃散的人口牲畜，至双河长驱直入。在距离贺鲁驻地一百里时，苏定方下令摆好阵势前进，逼近金牙山（今吉尔吉斯斯坦托克马克以西），趁其狩猎时无备，纵兵进击，击败贺鲁的部属数万人。
贺鲁率其残部继续逃亡，苏定方穷追至碎叶水（今吉尔吉斯和哈萨克境内楚河），尽夺其众。沙钵罗可汗仅率其子咥运、婿阎啜等十余骑连夜逃往石国（今乌兹别克斯坦首都塔什干一带）西北的苏咄城，被城主伊沮达官诱捕，最终由萧嗣业带回。
唐军此次征伐西突厥，“收其人畜前后四十余万”。息兵后，苏定方令西突厥诸部各自回到原来居住的地方。他开通道路、设置邮驿、掩埋尸骨，慰问百姓疾苦，划定部落地界，恢复畜牧业生产。凡被沙钵罗可汗掳掠的财物、牲畜等，全部归还原主，十姓部落像原来一样相安无事。安西都护府迁回高昌故地。[19][20][21]
西突厥灭亡后，原臣服于西突厥的中亚诸国纷纷降附，整个西域置于唐朝的掌控之下。唐依两厢分治的策略，分别设置濛池都护府（今中亚楚河以西至咸海一带）和昆陵都护府（今中亚楚河以东至新疆北部地区）[22]，并将西突厥“其所役属诸国皆置州府”。
显庆三年（658年）十一月，苏定方凯旋归来，先献俘于昭陵（唐太宗陵寝）之后，高宗在太庙又举行献俘礼仪。高宗亲临殿前，大会文武百官及外国君主、使节，苏定方身着戎服，将贺鲁“献于乐悬之北”。随后，高宗升苏定方为左骁卫大将军，封邢国公，另封其子苏庆节为武邑县公。[23][24][25]
苏定方对西突厥实行分化和重点打击相结合的方略，攻守兼施，出其不意，穷追猛打，终获大胜，唐朝的势力也因此延伸至中亚。
开拓西域
显庆四年（659年），苏定方以少胜多，于乌海大败吐蕃副大相达延莽布支。[26][27]
同年冬，葱岭（今帕米尔高原）以西的思结阙俟斤都曼原先统制众胡，率其所部和疏勒（今新疆西南部喀什一带）、朱俱波（今新疆西南部叶城一带）、喝般陀（又称葱岭国，今新疆西南部塔什库尔干一带）三个国家再度反叛，攻破于阗（今新疆和田一带）。高宗诏令苏定方为安抚大使，再度西征[28]。[29][30]
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