隋统一南北之后，吐谷浑可汗夸吕的儿子世伏继位，向隋朝奉表称藩，供方物献女儿，请隋文帝以备后庭。隋文帝接受了礼物却拒绝了世伏的女儿。后来隋文帝遣宗女为光化公主嫁给吐谷浑世伏可汗。但是第二年世伏可汗就被弟弟伏允所*，因此文帝极其厌恶伏允。隋炀帝继位后遣西突厥处罗可汗和铁勒莫何可汗联合出兵，东西夹击吐谷浑。隋朝许国公宇文述袭击吐谷浑，让吐谷浑国土尽失、元气大伤，吐谷浑可汗伏允逃入役属于吐谷浑的党项羌。大业年间西羌诸部纷纷朝贡，但实际上因为路途遥远，高原的崇山峻岭阻挡了隋朝皇权的延伸。虽然隋军横扫了青藏高原，羌人还是各依其道地生活，并没有受到多大影响。等到过了几年，大业末年的时候，天下大乱，伏允又收复了故地，《隋书》说他“屡寇河右”，成为隋朝的大患。“河右”就是指黄河以西，现在的宁夏地区。
伏允虽然一直没有被隋所俘，但是伏允的儿子顺在隋朝做人质。唐代隋以后，顺被从江都转到长安。当时凉州被当地豪族所占据，于是唐高祖李渊令伏允出击凉州以显示自己的效忠之心，然后就会把他的儿子顺放回去。伏允大喜，于是出兵征讨凉州，并且频繁遣使朝贡以显示臣服之心，最终顺被放回吐谷浑部。
唐太宗时，吐谷浑可汗伏允仍然与唐朝保持遣使通好，但是伏允派出的使者洛阳公去朝贡的时候这个使者却劫掠了鄯州（青海乐都）再也没有回到吐谷浑部。如此一来惹得唐朝非常不快，唐太宗遣使责备伏允，并且让伏允入朝。大概是因为自己儿子的前车之鉴，伏允没敢入朝，称疾不往。伏允在这个时候希望用联姻来缓和关系，表达自己的臣伏之心，于是又为自己的另一个儿子尊王向唐朝求婚。于是唐太宗顺势就答应了求婚，关且令尊王来长安亲迎公主，意在把尊王扣留在长安做人质。尊王也不敢去长安亲迎，于是和父亲伏允一样称疾不往，不肯入朝。唐太宗便下诏停止联姻，派遣了一个中郎将叫康处直去晓以厉害，希望能威摄吐谷浑可汗伏允。伏允受到这样的遣责于是先一步出兵兰州、廓州（山西北部忻州），这是唐朝的边境重镇。唐朝和吐谷浑之战一触即发。
刚开始唐太宗派出的兵马犹豫不决，顿军迟留，只有李君羡破贼虏牛羊而还。吐谷浑这时候的内部形势也很不好，首领伏允年老，邪臣天柱王惑乱专权。唐太宗派去使者再一次被扣留，再三宣谕而不放还。于是忍无可忍之下在贞观九年唐太宗任命李靖为西海道行军大总管、侯君集为积石道行军总管，然后会同突厥以及铁勒部的契苾合而击之。接下来的结果就是唐军连战连胜，俘获吐谷浑可汗伏允的股肱臣，李靖击破其最强大的天柱三部落。唐军纵横吐谷浑国，一直打到且末，也就是吐谷浑的最西境塔里木盆地的东南边缘。吐谷浑可汗伏允的下落一说是向西而走入于阗，一说是自缢而死，或是被唐军薛万均部追奔而*死。
与吐谷浑之战唐军打得也异常艰苦。吐谷浑虽然国土广阔，但是或苦寒或荒芜，不然就是数千里无人烟。盛夏降霜而多积雪又乏水草是吐谷浑国的真实写照。遇到缺水时唐军战士刺马饮血，遇到无食时将士啖冰而马皆食雪。
伏允死后，其嫡子也就是在隋朝和唐朝都做过人质的顺比较配合李靖，也希望能因此而自立。唐朝说吐谷浑“建国西鄙，已历年代”不忍心废绝它，所以顺势就扶持顺统驭吐谷浑，并且派了后援帮助顺安定局势。但是因为顺久在中原王朝做人质，所以国人不附，没过多久顺就被*死了。顺死后他的儿子诺曷钵嗣立。因为诺曷钵年幼需要有人辅佐，而大臣们纷纷争权，从此以后吐谷浑国中大乱。唐朝又帮诺曷钵安定平叛，并且重新册封诺曷钵为河源郡王及授其可汗封号。终太宗一朝，一直对诺曷钵非常扶持。
诺曷钵向太宗求娶公主，太宗就把宗室女封为弘化公主嫁给他。权臣阴谋作难，以祭山神为由想袭击在途的弘化公主，然后趁机把亲迎的诺曷钵也劫持了投奔吐蕃。但是这个阴谋败露了，又是唐朝帮其平叛，并且唐太宗还遣人安慰诺曷钵。一直到唐太宗去世，还将诺曷钵的形象雕成塑像列于昭陵之下。但是高宗一继位，诺曷钵就失掉了依靠。
吐谷浑与吐蕃互相攻伐，都向唐朝申诉求援，高宗对谁的请求都没有答应，看着吐谷浑和吐蕃互斗。吐谷浑和吐蕃都在太宗时与唐联姻，这时吐蕃没有得到唐朝的支持非常生气，一怒之下灭了吐谷浑。作为唐朝驸马都尉的诺曷钵失国之后带着亲信数千投奔唐朝，然后被安置在灵州，灵州大致就是现在的宁夏灵武。后来又被迁徙到安乐州，以诺曷钵为刺史，希望其安而且乐。
又传了几代，安乐州被吐蕃攻陷不再属唐朝，原来吐谷浑的旧部便继续东迁，散落于朔方、河东。
唐德宗的时候曾经以朔方节度副使、左金吾卫大将军同正慕容复为袭长乐州都督、青海国王、乌地也拔勒豆可汗。等到慕容复死去以后就没有人再承袭他了。
吐谷浑从西渡洮水到建国群羌又灭于吐蕃，一共历国三百五十年。
