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第二天，五弩失毕所属各部前来请降，贺鲁仅带数百骑兵仓皇向西逃往双河。而五咄陆各部听说贺鲁已败，也先后向包抄到位的南路唐军主帅阿史那步真请降。
苏定方吸取了前两次教训，命令萧嗣业先行带领回纥骑兵追击贺鲁，自己与任雅相率众跟进。
此时已近寒冬，天降大雪，积雪足有二尺多深。将领们请求等待雪停再出发。苏定方说：“贺鲁定会认为雪下的大，我们不会追他，从而放心休息。我们借机追赶就能追上，如果停下来等他跑远，偌大荒原又要去哪里寻他。立下大功，就在今天。”
唐军将士顶着鹅毛大雪，昼夜兼程追赶。到达双河（今新疆博乐境内，与吉尔吉斯交界）时，与阿史那步真会合。两路唐军在距贺鲁王庭两百里的地方重新结好队形，长驱直入。
苏定方预料的没错，贺鲁果然认为唐军不会追赶，居然放心的与部众在雪中狩猎。唐军趁其不备，突然发起攻击，当即斩获数万人。贺鲁带着儿子咥运等人脱出重围，逃向石国（西域古国，位于今乌兹别克首都塔什干市）。
苏定方看他大势已去，停止追击。派人在当地修通道路、设置驿站、掩埋骸骨、恢复生业，西突厥十部随之安堵如故。
做完这些善后工作，苏定方指派萧嗣业继续追拿贺鲁，自己率军返回。
贺鲁一行到达石国西北的苏咄城，人困马乏，派人进城买马。城主仇沮达官以设宴款待为名，将他们诓入城内抓获，送交追来的萧嗣业。
阿史那贺鲁悔恨难当的对萧嗣业说：“我本是个被打败的俘虏，受到先帝恩惠才得以存活。先帝待我不薄，我却背叛了他。今天失败，完全是上天惩罚。我听说你们处决犯人都在闹市，请将我押到先帝墓前处死，以此谢罪。”
高宗听到他的这番话心生怜悯，赦免了他的死罪，留他在长安居住。没多久贺鲁病故，高宗把他安葬在东突厥颉利可汗的墓旁。
强盛一时的东、西突厥两位可汗，自此长眠在灞水附近，永世为大唐守边卫疆。
大唐在西突厥设置了蒙池、昆陵两个都护府。
任命阿史那弥射为左卫大将军、昆陵都护、兴昔亡可汗，负责管辖五咄陆部落。
阿史那步真为右卫大将军、蒙池都护、继往绝可汗，管辖五弩失毕部落。
兴昔亡、继往绝都是汉语词汇，用来做可汗名称，很有深意！
而阿史那贺鲁的旧时部落，则被编为六个都督府，其附属国全部改为州县，隶属安西都护府管辖，大唐西境一直延展到波斯附近。
从未经过战场征伐的唐高宗，在经过两次试错后，终于找到了可以传承李靖、李世积衣钵的“大杀器”，开启了他继续为大唐拓土开疆的征程！