薛仁贵布置好后，率部前往乌海，及至河口，遇吐蕃守军数万人，薛仁贵率军一阵冲*，斩获殆尽。薛仁贵收其牛羊万余头，鼓行而西，直逼乌海城，然后派千余骑兵回大非川接运辎重，但这时郭待封已被吐蕃击败。薛仁贵因无辎重救济，退军大非川。至此，吐蕃调集40万大军前来进攻，唐军抵敌不住，大败。但吐蕃并不穷逼，以唐军不深化为条件与唐议和，薛仁贵不得已应允，然后率败军东归。战后，他因败绩被免为庶人。 不久，高句丽地域相率叛唐。唐高宗起用薛仁贵为鸡林道总管，以经略辽东。任内，薛仁贵因事违法，贬象州，后遇赦免而还。
大破突厥薛仁贵暮年，吐蕃权力向北开展，阻断瓜（治今甘肃安西东南）、沙（治今甘肃敦煌），同时，突厥也不时侵扰唐北境。这时，唐高宗念及薛仁贵功绩而召见他，之后，任用他为瓜州长史，右领击突厥。突厥闻薛仁贵复起为将，都十分惧怕，不敢当其锋，一时奔散。薛仁贵乘势进击，大破突厥，斩首万余级，俘获两万人，及牛马羊三万余头。 薛仁贵于永淳二年（ 683年）逝世，终年70岁。死后，朝廷赠左骁卫大将军，幽州都督，官府还特造灵舆。护丧还归故里。
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