其实在李靖击破突厥之后，突厥仍然还有一部分残余的力量，主要分为两支，一支由西部的阿史那社尔所统领，另一支由阿史那斛勃所统领。我们先来看看富有传奇色彩的阿史那社尔。
阿史那社尔是突厥的传奇英雄。他是处罗可汗的次子，年少时便以智勇双全而闻名。后被授予“拓设”，即大将军，分管铁勒族的同罗、回纥等部落。在担任“拓设”的十年间，他没有为自己敛过钱，有些人就跟他说：“哎呀，你是拓设，手头上却一点也不宽裕，还比不上普通人家哩。”阿史那社尔说：“部落富有了，我也就感到心满意足了。”各部落首领对他又是敬畏，又是爱戴。阿史那社尔富有人格魅力，在蛮族部落中，他实在是属于异端的类型。
颉利可汗年年对外用兵，阿史那社尔多次劝谏，但可汗不听，最终众叛亲离，薛延陀、回纥等部落相继反叛。颉利可汗对阿史那社尔相当不喜欢，派他与其他三位大将率兵攻打薛延陀，但是阿史那社尔吃了败仗，颉利就乘机派他驻守西部偏远的可汗浮图城，任务是防御西突厥汗国。
北突厥汗国灭亡后，驻于西部的阿史那社尔没有投降任何一方，他以可汗浮图城为自己的军事基地，大力扩张实力。正巧当时西突厥汗国也出现动荡，他便率军攻打西突厥，占领了西突厥约一半的土地。此时阿史那社尔拥有十万大军，他自称为“都布可汗”。
阿史那社尔实力并不弱，如果他能不断向西扩张，凭借他的实力，很可能吞并整个西突厥，这样也可以称雄一方。但是阿史那社尔是一名真正的武士，他对于地位、富贵、权力等世人追逐的东西看得非常淡。对他来说，武士真正的精神是荣誉，他不为土地而战，不为利益而战，他为荣誉而战。
在阿史那社尔眼中，导致突厥衰败的罪魁祸首就是背叛者薛延陀，他决心武力征讨薛延陀国。其部众纷纷劝说他：“现在我们刚得到西部的土地，如果攻打薛延陀失败，西突厥势必会夺回我们占领的地盘。”阿史那社尔不听，对部将们说：“如果讨伐薛延陀失败，我虽死无憾。”
贞观八年（634年），阿史那社尔率五万骑兵对薛延陀汗国宣战。
虽然阿史那社尔抱着虽死无憾的决心，但他的部下却不这样想，薛延陀此时在唐政府支持下，周边部落都前来归附，拥有二十万大军，远远超过阿史那社尔的军队人数，而且又以逸击劳。
与薛延陀汗国交战一百多日后，阿史那社尔终于战败了，他不仅在薛延陀战败了，同时也失去了他原先的地盘。他的离开使得西突厥展开大反扑，此时阿史那社尔在可汗浮图城也没有立足之地。他仅剩下一万多人的兵力，无奈之下，他于贞观十年（636年）初向唐帝国投降。
唐太宗大喜，他认为阿史那社尔是忠勇之士，是英雄，封他为左骁卫大将军，将其部众安置在灵州以北的地区，而阿史那社尔则留在长安。为了表示对阿史那社尔的信任，唐太宗将其妹南阳长公主嫁给阿史那社尔，结为亲家。
从此，阿史那社尔成为大唐帝国的一名将领，日后为唐帝国立下了汗马功劳。
阿史那社尔降唐之后，北突厥汗国的最后一支残余力量，是阿史那斛勃。
阿史那斛勃乃是突厥可汗王族的后代，其家族历代担任突厥的小可汗。北突厥汗国灭亡后，突厥的一些残余部落准备推举阿史那斛勃为突厥大可汗，重建突厥政权。但是北方的薛延陀汗国崛起，兵强马壮，阿史那斛勃觉得不是薛延陀汗国的对手，不如先归附薛延陀。
这样，突厥这支力量通过臣服薛延陀而得以保全。
虽然处境很恶劣，但是阿史那斛勃以自己的坚强果敢、有勇有谋，使得其部众的实力渐渐增强，这不能不引起薛延陀汗国真珠可汗的留意。有人乘机在真珠可汗面前说阿史那斛勃的坏话，认为他的存在，对薛延陀汗国是一个潜在的威胁。
真珠可汗也害怕突厥势力重新抬头，下决心要消灭阿史那斛勃。阿史那斛勃探听到这个消息之后，连夜率领部众脱离薛延陀，经过一番辗转，最后落脚在了金山（今阿尔泰山）以北的剑河（今叶尼塞河）上游地区。这个地区的地形条件非常之好，北面东面南面均为高山阻隔，易守难攻。
真珠可汗派了数千名骑兵一路追击到此，阿史那斛勃率领部众迎头反击，大败薛延陀的追兵。经过数年的发展，阿史那斛勃的实力逐渐变得强大，便自立为可汗，称乙注车鼻可汗，简称车鼻可汗，这是一个独立的突厥小汗国。
薛延陀汗国在大唐帝国打击下，逐渐走向衰落。与此同时，车鼻可汗的势力却不断膨胀，其兵力已达三万多人，虽然这并不算是很庞大的军队，但足以称霸一方。西边的葛逻禄部落（也是属突厥种人，在阿尔泰山的西北），北边的结骨部落相继臣服于车鼻可汗。势力越发强大的车鼻可汗不断对薛延陀发动袭击，成为薛延陀的一大边患。
薛延陀汗国覆灭之后，漠北之地，尽在大唐帝国的控制之下。车鼻可汗虽然在阿尔泰山一带称王称霸，但是要想与唐帝国对抗，那实力还悬殊得很哩。车鼻可汗想来想去，觉得还是应当向大唐帝国示好，便派遣自己的儿子到长安城，觐见唐太宗李世民，表示愿意亲自到长安城朝见天子。
唐太宗听了之后很高兴，就让将军郭广敬前往迎接车鼻可汗。不想车鼻可汗只是讨唐太宗的欢心，说些好听的话罢了，心里其实根本就没有朝见天子、臣服大唐的打算，仍在做他的独立王国的美梦。
郭广敬空手而归。这令唐太宗深感不快，北方所有部落全部臣服了，除了车鼻可汗的独立小汗国之外。李世民决定要武力征服车鼻可汗。
贞观二十三年（649年），唐太宗派遣右骁卫郎将高侃为远征军总司令，征调回纥、仆骨等北方部落的骑兵，远征车鼻可汗。
随着诸蛮族部落的归附，唐帝国的势力范围急剧扩张，如何控制如此辽阔的疆域呢？唐太宗借鉴了东汉时代的方法，大量使用蛮族的军事力量，以夷制夷。当然，与东汉时代一样，这种方法其实是一柄双刃剑，一方面可以使帝国以最小的代价取得最大的成果，另一方面使得蛮族的力量不断强大，日后成为帝国的心腹之患。
高侃率回纥、仆骨的骑兵，大举向车鼻可汗的独立突厥小汗国挺进。在车鼻汗国的东部，是拔悉密部落，位于蒙古的科布多盆地一带，守将是车鼻可汗的儿子阿史那羯漫陀（有史书记为阿史那肥罗察），结果一仗打下来，回纥的骑兵很是厉害，阿史那羯漫陀抵挡不住，率部向高侃投降。之后，阿史那羯漫陀又派自己的儿子到长安城朝见唐太宗，唐太宗封其为左屯卫将军，并且在拔悉密部落所在地置新黎州，纳入唐王朝的控辖范围。
正当高侃准备对车鼻汗国发动致命一击时，帝国皇帝唐太宗的去世使得这一战役被推迟了。
贞观二十三年（649年）的五月二十六日，一代天骄、帝国领袖李世民病逝，年五十岁。在此前的八天，即五月十八日，帝国的另一位伟大人物，军事天才李靖也与世长辞。
这宣告了中国历史上最伟大的贞观时代亦随之而去。
唐太宗李世民的人格魅力不可阻挡。突厥降将阿史那社尔、铁勒族降将契苾何力请求自杀殉主。蛮族自有其文化，忠肝义胆视死如归，精神很令人佩服，早在颉利可汗去世时，他的旧臣吐谷浑邪便自杀以殉。唐太宗临死之前，深知这些外族降将的忠诚，便留下遗言，不准许自杀殉葬，此亦人性化之体现。
虽然唐王朝还维持了近百年的强大，但是雄才伟略的唐太宗的去世，仍是帝国不可估量的损失。皇太子李治继承皇位，是为唐高宗，改元永徽。
永徽元年（650年），被推迟了一年的平车鼻可汗之战，终于又紧锣密鼓地开张了。
六月，右骁卫郎将高侃率远征军主力，从新黎州出发，直逼车鼻可汗的栖身之地阿息山。一路上，突厥部落纷纷向远征军投降。曾经强大无比的颉利可汗都被扫灭了，何况现在只有三万人马的车鼻突厥国呢？螳臂挡车，只能是粉身碎骨。高侃大军压境，车鼻可汗紧急向各部落发出命令，要求前往增援，但诸部落叛的叛，逃的逃，居然没有人愿意响应可汗的号召。车鼻可汗率军抵挡远征军的进攻，但是寡不敌众，军队很快被击溃了。车鼻可汗带了数百名骑兵，往金山方向逃窜。
远征军总司令高侃立刻率一队精锐骑兵，穷追猛赶，一直追到金山，展开拉网式搜捕，最终找到了车鼻可汗，经过一次小战斗后，车鼻可汗束手就擒。首领被活捉之后，其余的抵抗都停止了，车鼻苦心建起的突厥小汗国就此瓦解。
在对待车鼻可汗上，唐高宗采取了与唐太宗类似的做法，并没有处决他，而是授予左武卫将军，车鼻可汗的部将被安置在郁督军山，设立狼山都督府以管辖。
车鼻可汗的覆灭，意味着北突厥曾拥有的土地尽入唐帝国。唐政府将这些土地分置为漠南、漠北两大块，分置单于都护府与瀚海都护府（即前述燕然都护府），单于都护府管辖狼山、云中、桑干三个都督府以及十四个州，瀚海都护府管辖瀚海、金微、燕然、幽陵、龟林、卢山、新黎七个都督府及八个州。
在贞观、永徽年间，北方归附的部落尚有俱罗勃部落（在今贝加尔湖东）、流鬼（今堪察加，一说贝加尔湖北）、大汉（今勒拿河流域布里亚特族）、曷剌（在结骨以北，昂吉剌流域）等部落。大唐帝国的声威远扬！历史学家岑仲勉评曰：“声威之北及，想蒙古时代尚比太宗为逊色。”
