唐军将士踏上空气稀薄的青藏高原，本来大都心慌气短，头晕没劲的高原反应，又加上知道全军军粮被吐蕃人抢走了，士气受到挫败。
他们强打精神手持兵器和锐猛强盛的吐蕃兵交战。
双方的兵士都杀红了眼，兵器碰撞叮当作响，不时夹杂着刀剑砍断骨骼的清脆声响。
哭喊声、叫骂声、战马的嘶鸣声汇集在一起，血肉相搏的惨烈战争在大非川上展开，唐军鲜血染红了大非川。
郭待封的部下，被吐蕃兵抢粮草辎重时打败过一回，已被吐蕃兵吓破了胆，战不多时，他们不听将令，开始溃逃。
薛仁贵的部队的兵士，看到郭待封部下仓惶逃走，他们一脸惊愕地彼此看看，也渐渐丧失了斗志。
尽管薛仁贵勇猛异常，究竟一只方天画戟，挡不住四十万吐蕃兵。
两军交战多时，唐军寡不敌众，战死的战死，逃走的逃走。
薛仁贵知道无法战胜吐蕃兵了，他和阿史那道真杀开一条血路，边打边退。
西边的远山上一轮红日快要落下去了，落日余晖照在战死在大非川战场的唐军将士身上，场面悲壮苍凉。
天色渐渐暗下来，钦陵令吐蕃兵停止追击，回营地休息。
薛仁贵命下属将领收拢清点残兵，唐军将士伤亡达十分之八，五万唐军只剩一万人。
薛仁贵长叹一声说：
“今年是庚午年，木星运行到西北方位，不应在西方发生战事。
我原来就担心会发生这样的惨败啊。”
薛仁贵和那史那道真协商，派使者同钦陵请求停战讲和。
一场生死大战，吐蕃兵也死伤不少，钦陵答应了唐军停战要求，只是他提出今后唐军不再进入吐谷浑国境，不再谋求光复吐谷浑旧国。
薛仁贵很无奈，只得权且应允下来。
吐蕃答应为唐军提供军粮食物，薛仁贵自领败军退回唐朝境内。
高宗李治得到唐军战败的报告，命大司宪乐彦玮，到败军中查问这次战败的原因和过程。
乐彦玮命人逮捕薛仁贵、那史那步真，郭待封三人，给他们带上罪犯枷锁，押到长安问罪。
大非川唐军战败是郭待封违反军令造成的，本应该处死郭待封，薛仁贵和阿史那道真只是次要责任。
盛怒的李治下令把他三人全部免死除名，贬为庶人。
吐蕃全部吞并了吐谷浑国土，下令迁徙吐谷浑国幸存百姓住在灵州。经过此败，西域各国不再威服唐朝。
随后吐蕃派大臣仲琮向唐朝纳贡。
仲琮年轻时在唐朝最高学府太学读过书，学识渊博。
高宗李治及见他时，问道：
“你们吐蕃那边地理风俗文化，和中原有什么不同？”
仲琮回答说：
“吐蕃土地瘠薄，天气寒冷，风俗朴实愚钝，没法同发达的中原相比。
但是吐蕃法令严明，从国王到普通百姓上下一心,所以经过长时间积累，慢慢强盛起来。”
李治又问：
“吐谷浑和吐蕃两个国，一向是血脉相近的近邻，吐蕃接收反叛吐谷浑的人，不同吐谷浑和平共处，侵占吐谷浑土地。
我派薛仁贵等人，前往恢复吐谷浑，吐蕃又发兵攻打我国军队，这是什么道理？
难道你们觉得我国打不过你们吐蕃么？”
仲琮急忙跪再地上磕头说：
“我是奉命作为吐蕃大使来进贡的，别的事我不敢议论。”
李治认为他说得中肯，赠与厚礼打发他回了吐蕃。
李治打算再任命将领西征打击吐蕃，实在选不住出能胜任这个艰巨任务的将帅。
这时高丽不甘心归顺唐朝的势力，在高丽百济展开游击战争。不断袭扰唐朝设置的高丽地区州县官署。
原本同唐朝友好的新罗国换上国王金法敏不听唐朝的话了，容纳高丽、百济旧地想恢复高丽百济复国独立的人投奔新罗，把新罗作为复国根据地。他们侵略蚕食唐朝高丽百济土地，迅速扩张。
李治决定暂停西征，先派兵东征平乱。
