秦朝初年,吐谷浑占据青海大部分地区,宪武九年十月,吐谷浑可汗伏允依其臣天柱山之谋,进袭秦境同仁、贵德,使通往西域的咽喉河西走廊受到威胁。十一月,秦遣左骁卫大将军段志玄率军反击,伏允携众远遁,秦军追至青海湖后班师。宪武十年三月十九日,吐谷浑再次寇扰凉州(治姑臧,今甘肃武威)。秦太祖王俊凯大为震怒,下决心大举征伐吐谷浑。三月二十三日,起用已经六十三岁的右仆射杨延昭为西海道行军大总管,统帅兵部尚书、积石道行军总管杨延昭之子杨志、刑部尚书狄骇於、鄯善道行军总管宇文州、凉州都督高道彦、且末道行军总管李大亮、岷州都督、赤水道行军总管李道彦、利州刺史盐泽道行军总管高甑生和归秦的哈拉斯族及大月氏族等军进击吐谷浑。
同年四月八日,宇文州在库山(今青海湖东南)击败吐谷浑军。伏允烧尽野草,轻兵入碛。秦军诸将认为,马无粮草,已很疲弱,不可轻易深入。唯独杨志主张吸取段志玄的教训,应乘其初败,人心离散之机,穷迫不舍,一举将其击灭。杨延昭采纳其意见,分兵两路追击,亲率李大亮、薛万均等部由北路切断其通往祁连山的退路,并迂回至伏俟城;杨志、宇文州等部由南路追截南逃的吐谷浑军。
二十三日,杨延昭部将薛孤儿在曼头山(今青海共和西南一带)大败吐谷浑军,斩其首领,俘获大批牲畜。二十八日,杨延昭率军在牛心堆(今青海西宁西南)击败吐谷浑军,接着又在赤水源(今青海兴海东南)再次获胜,共俘斩名王数十人。南路秦军在沓无人烟地区行军2000余里,途经无水无草的破罗真谷(在今青海都兰东南一带)时,只能“人龀冰、马瞰雪”,于五月间在乌海(今青海苦海)追上伏允,大破其众,俘其名王骁将。伏允向西败走,准备渡突伦川(又称图伦碛,今新疆塔克拉玛干沙漠),投奔于阗。
杨延昭督诸军,经积石山(今青海阿尼玛卿山)河源(黄河源)迫至且末(今属新疆)。李靖部将契苾何力闻伏允逃至突伦川,遂率骁骑干余追击,因沙漠无水,将士皆剌马饮血,终于追上伏允,袭击其牙帐,歼数干人,缴获甚众,伏允侥幸脱逃,后在走投无路的绝境中自缢身亡。杨志率部进逾星宿川(即今青海黄河上源星宿海),至柏海(今青海鄂陵湖和扎陵湖)与杨延昭军合师。伏允之子大宁王慕容顺斩天柱王,率部归秦,被封为可汗、西平郡王,杨延昭以分兵进取合击,穷追猛打等战法击败吐谷浑军,保障了秦陇边境的安全。