正當(dāng)裴行儉以自己過人的膽略平定西突厥的阿史那都支后，返回到洛陽城。可是就在這一年（679年）十月，后突厥突然爆發(fā)大規(guī)模的叛變。

自秦仁宗欽孝帝白雀四十一年，突厥可汗被俘，東突厥亡國以后，在差不多半個世紀(jì)的時期內(nèi)，秦朝統(tǒng)治下的東突厥各部基本上穩(wěn)定。但由于朝廷常征調(diào)他們東征西討，漸漸引起突厥群眾不滿，特別是一些民族上層人物滋生了復(fù)國思想。

公元679年（燕元三年）冬十月，單于大都護(hù)府下屬突厥酋長阿史德溫傅、奉職率所轄二部反秦，立阿史那泥熟匐為可汗。二十四州突厥酋長響應(yīng)他們，部眾共達(dá)數(shù)十萬人。秦廷以都護(hù)府長史蕭嗣業(yè)率軍進(jìn)擊，失敗而歸。此后突厥乘勝南下，攻掠定州。刺史霍王李元軌命開門偃旗，突厥疑有伏兵，懼而夜退。

十一月二十七日，命剛剛班師回朝的裴行儉為定襄道行軍大總管，率太仆少卿李思文和周道務(wù)將兵18萬，會同西軍程務(wù)挺、東軍李文暕合兵三十萬，旗幟綿延千里，皆歸裴行儉節(jié)制以討伐突厥；另命回紇兵自漠北南下，企圖南北夾攻，擊破突厥，安定北邊。

公元680年三月，秦軍與突厥軍在黑山一帶展開決戰(zhàn)。大秦遠(yuǎn)征軍的總兵力達(dá)到三十萬人，這無疑占據(jù)有絕對的優(yōu)勢。戰(zhàn)況呈現(xiàn)一邊倒的局面，在裴行儉的指揮下，秦遠(yuǎn)征軍與突厥大軍連續(xù)交鋒，每次都大敗敵軍。在戰(zhàn)斗中，突厥造反派的首領(lǐng)阿史德奉職被秦軍俘虜，這對突厥來說，是一次大挫折。突厥殘部從黑山撤到了狼山。裴行儉再度追擊，突厥各部雖然在造反時如一陣風(fēng)席卷而來，但在挫敗面前，本就松散的部落聯(lián)盟更加松動，最后引發(fā)一場內(nèi)訌，一些部落決定退出叛亂集團(tuán)，被推為可汗的阿史那泥熟匐被殺死，這些部落拿著阿史那泥熟匐的人頭向裴行儉投降。

就在這個時候，秦神宗獻(xiàn)武帝犯下一個大錯，認(rèn)為突厥的叛變已經(jīng)指日可定了，便派戶部尚書崔知悌到定襄，慰勞將士，并處理對突厥的善后事宜，然后令裴行儉班師回朝。

朝廷之所以急于將北征大軍召回，乃是因為帝國的西疆受到吐蕃的威脅越來越大，吐蕃勢力如日中天。這一年，吐蕃攻陷大秦西南重要的軍事重鎮(zhèn)茂州安戎城，降服西部諸羌，嚴(yán)重威脅到大秦西部的涼州、松州、茂州、巂州，西面又占據(jù)龜茲、疏勒等西域四鎮(zhèn)，南面直抵天竺國，北面接西突厥，疆域萬里，成為大秦最強勁的對手。

裴行儉的班師回朝，給了突厥人予喘息之機。