二路为主力之师，以英国公李勣为朔州道行军总管，将兵六万，骑兵一千二百，屯兵朔州，正面攻击薛延陀主营；第三路以右卫大将军李大亮为灵州道行军总管，将兵四万，骑五千，屯灵州灵武县，以备西侧阵地不时之需；第四路以右屯卫大将军张士贵将兵一万七千，为庆州道行军总管，出兵云中，从西侧展开进攻；第五路以凉州都督李袭誉为凉州道行军总管，断绝薛延陀西逃之路。
十二月末，大唐五路兵马出击，迎战薛延陀二十万大军。英国公李勣直取兵陈长城脚下的薛延陀王子大度设所领之中营。大度设惧怕其锋锐，率众往北避开。李勣遂率麾下及突厥精骑六千人越过白道川，一直循着踪迹追到青山，咬住薛延陀骑兵。大度设避无可避，双方于诺真水展开激战，唐军以少胜多，斩首三千余级，俘虏五万人，大胜而归。
中军大胜之日距离大唐正式出兵，仅仅只有月余而已。薛延陀人大惧，夷男可汗遣使往长安拜见圣人，意图求和。圣人训斥薛延陀使者，允其求和，边关遂暂时平定下来。阿史那思摩继续率部众居于黄河之北、阴山脚下放牧，薛延陀人一时间敢怒不敢言。
此次薛延陀人叩边的目标，是将突厥降部驱赶至黄河以南，令他们只能继续在灵州、夏州境内放牧。故而，大