制胡”之战略，派裴世矩游说铁勒诸部，使他们攻击吐谷浑，吐谷浑被突袭而大败。吐谷浑可汗伏允向东逃走，逃入西平境内，遣使向隋朝请降求救。炀帝派遣安德王雄领兵出浇河，许国公大隋名将总领军事的宇文述率军出西平“应降”。宇文述率军浩浩荡荡的抵达临羌城，吐谷浑可汗伏允面对隋朝大军心惊胆战不敢投降，率领残部向西逃窜，宇文述统领鹰扬郎将梁元礼、张峻、崔师等引兵追击，接连攻下曼头、赤水两座城，斩三千余级，俘获吐谷浑王公以下二百人，虏男女四千口而回师。
公元609年(大业五年)，炀帝亲征吐谷浑，命银青光禄大夫刘权率军出伊吾道，与吐谷浑军相遇，吐谷浑人被痛击狼狈逃跑。隋军追至青海，虏获千余人，乘胜攻下吐谷浑国都伏俟城。炀帝又命令刘权率军继续攻占吐谷浑人曼头、赤水两座重要城池，吐谷浑可汗伏允南奔雪山，吐谷浑故地皆空，大隋拓地数千里。
吐谷浑东西四千里，南北二千里，范围东起青海湖东岸，西至塔里木盆地，北起库鲁克塔格山脉，南至昆仑山脉皆为隋有。炀帝在吐谷浑故地置西海(今青海湖西)、河源(今青海兴海东南)、鄯善(今新疆若羌)、且末(今新疆且末南)四郡，西海郡就设置在吐谷浑故都伏俟城。炀帝命令把隋朝天下所有犯轻罪的人移居到吐谷浑故地居住戍边，并发西方诸郡运粮以供给之。命刘权率军镇守河源郡积石镇，大开屯田。大隋在吐谷浑故地置州、县、镇、戍，实行郡县制度管理，这是以往各朝从未设置过正式行政区的地方。
此时大隋在炀帝的统治下达到极盛。《资治通鉴》说：“是时天下凡有郡一百九十，县一千二百五十五，户八百九十万有奇。东西九千三百里，南北一万四千八百一十五里。隋氏之盛，极于此矣。”
隋炀帝的此次亲征，彻底的征服、占领了吐谷浑。彻底的打开丝绸之路，畅通了中国与西方的联系。征服了西域各国，从此西域各国对中国朝贡不断。隋书赞曰：“竟破吐谷浑，拓地数千里，并遣兵戍之。每岁委输巨亿万计，诸蕃慑惧，朝贡相续。”