川边的“车我真山”立营死守。
隋军没有料到吐谷浑国王已经突围逃跑了，继续攻打不休，过了两天后才得知消息。杨广赶紧分出一支军队，命令右屯卫大将张定和前去捉拿逃跑的吐谷浑王。但是因为吐谷浑王已经跑远了，张定和又没有得到杨广“追不上可以回师”的赦令，只好硬着头皮孤军深入猛追，结果人困马乏之下，被吐谷浑王筹集后续援军包围。张定和血战阵亡，但其副将柳建武依然率军苦战，斩首数百吐谷浑精兵，击退了试图吃掉隋军右屯卫的吐谷浑部队，两败俱伤之后撤回。
吐谷浑国王跑了，杨广只好把无尽的怒火彻底发泄在被围困在覆袁川边的车我真山的吐军大将仙头王。仙头王血战多日无路可退，只得率领男女军民十几万人投降隋军。杨广盛怒之下将投降者中的吐谷浑军士兵全部处死，仅留下平民押回关中为奴隶。然后继续率领隋军主力西进，务要击败擒拿吐谷浑国王本人。
然而，深入吐谷浑国境越远，战争就越困难，随军士兵在青藏高原边缘就开始出现高原反应，战力每况愈下。右翊卫将军李琼追击在最先，被吐谷浑国王重新组织起的部队击败，右翊卫将军李琼战死。后军继续追击，过大斗拔谷时，山路狭窄险要，隋军遇到吐军阻击，且高原地区居然秋天便下了大雪，让毫无防寒准备的隋军更是战力锐减。血战之后虽然击杀重创前来迎击的吐谷浑军无数，但是隋军也损失惨重，三十万大军至此战死冻死高原反应而死达到了二十万人之巨。
幸好吐谷浑国王也是撑不下去了，和隋军打了几仗之后，他摸出一个规律——只要躲到青藏高原深处，隋军就拿他没办法，为了息事宁人，吐谷浑王递交了恳请杨广准许他谢罪臣服的表章，并且缩入高原深处。杨广得了面子，见无法再开拓更深，也就借坡下驴退兵了，从张掖武威回军。
此战为隋朝开拓了河西走廊的一部分，以及陇西
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