郭待封本来和薛仁贵官位相同，这次出征作为薛仁贵的副手，感到羞耻，不服从命令，独自带领士兵和辎重跟随在后，结果在半路上遭遇了二十多万吐蕃军队，战斗中大败，丢失了所有辎重。

薛仁贵因为没有后援，只能退守大非川。吐蕃的宰相论钦陵带领四十多万军队攻击唐军，唐军大败，伤亡惨重。

薛仁贵、郭待封、阿史那道真与论钦陵达成和约，仅以身免。

李治派大司宪乐彦玮到军中调查失败的原因，并将三人押送回京师，最终三人被免去官职但保住了性命。

唐朝军队的失败，部分原因是将领之间的不和，但主要原因是双方军力悬殊，吐蕃在得到天竺支援后的兵力，是唐军的三倍。

唐军深入敌境，补给困难，地形不熟悉，因此遭遇了失败。

同年九月，唐朝又任命左相姜恪为凉州道行军大总管，出击吐蕃，但后来因为姜恪去世，军队就撤退了。 吐谷浑未能成功复国。

吐谷浑在龙朔三年被灭后成为唐朝的附庸。总章二年九月，唐高宗召集宰相姜恪、将军契苾何力等人商议将吐谷浑部落迁移到凉州南山。

有人认为应该先出兵攻打吐蕃，以防止吐蕃的侵犯，使得吐谷浑无法生存；又有人认为去年收成不好，人民饥饿，不应该发动战争，反对出兵，讨论没有结果，因此没有迁移。

咸亨元年，在吐蕃攻陷安西四镇的同年四月，唐朝发兵攻打吐蕃，同时也打算帮助吐谷浑返回青海的故地。

然而唐军战败，吐蕃占领了吐谷浑的全部领土，吐谷浑未能成功复国，其可汗慕容诺曷钵带领几千帐的亲近随从再次成为唐朝的附庸。

大唐对于吐蕃的战争失败，让朝廷的威信大大受损。不少先前归附的小国与部落，都开始有了别样的心思。