公元670年四月至八月，唐与吐蕃为争夺龟兹、疏勒、于阗、焉耆四镇，在大非川进行了一次重要的作战。此战，吐蕃军避实就虚，不与唐军精锐直接交锋，而是断其粮草后，集中优势兵力夺取胜利;而唐军远道出征，且兵力不支，供给不畅，尤其军中将领不和，副将郭待封擅违军令，一意孤行，终陷败局。
唐朝武功显赫，自开国以来，四处征战无一不胜，先后击败刘武周、宋金刚、王世充、窦建德等军阀势力。一统汉地后，唐军又致力于平定边患，相继攻灭东突厥、薛延陀，令四夷宾服，皆尊唐太宗李世民为“天可汗”。唐朝武威日盛，高宗总章二年，唐朝所掌握的疆域达到最大，东起朝鲜半岛，西临咸海，北包贝加尔湖，南至越南横山，有1239万平方公里之多。然令天下慑服的唐朝，却于总章三年时，在吐蕃这个小国上翻了跟斗，惨败于大非川，遭遇到唐朝开国以来最大的一次败仗。
大非川之战起因于吐蕃的大举入侵，当时，吐蕃军队直入西域，攻陷西域白州等十八个羁縻州，又联合于阗国，拿下龟兹拨换城。因此，唐朝失去对西域的掌控，只能被迫罢安西四镇。这样的情况下，大唐即使再顾念之前文成公主进藏的和亲之举，也不可能不出兵夺还国土。于是，刚在总章元年时降伏高句丽的大唐名将薛仁贵，又受高宗重任，担任逻娑道行军大总管一职，和副总管阿史那道真、郭待封一同率军五万，护送吐谷浑王还青海，既要替吐谷浑王光复故土，也要率军夺还西域，打击吐蕃。
此次出征，唐军以吐蕃首都“逻娑”为出师之名，可见唐军对吐蕃势在必得，不仅要光复失地，更有直捣黄龙，降伏吐蕃之意。再加上唐军方面既有名将薛仁贵压阵，又加之对吐蕃边远小国的轻蔑，故此在战前，上至将领，下至士兵，都是踌躇满志，打算一鼓作气，深入西域。而吐蕃方面，对唐军本就忌惮已久，早在总章二年时，吐蕃就任命噶尔·赞聂多布为大相，由其弟，有吐蕃第一名将之称的噶尔·钦陵赞卓统兵在外，驻守吐谷浑，以此加强对河源地区的控制，既可把关守卫，亦有寻机东进之意，总章三年时，一路攻入西域的正是率军四十万北上的论钦陵。
五万唐军，薛仁贵率三万战军在前，郭待封率五千战兵和一万五千辎重军在后，经鄯州至青海湖南之大非川一地。薛仁贵老于战阵，深知吐蕃虽为边远小国，但其兵多将广，极难对付，且吐蕃军队以逸待劳，又深明地利，而唐军一路上多发高原反应，如不速战速决，实在是难以获胜。
在观察地势后，薛仁贵认为乌海险远，不明地理的情况下，大批的辎重车马不便住行，容易丧失战机，故下令留郭待封令辎重部留下，于大非岭上凭借天险，构筑防御工事，将此地变为大军的前沿阵地。这样一来，薛仁贵大军在前，胜有后援，败亦有退路。随后，薛仁贵以“快”为此战要义，即率主力，“轻锐倍道”，奔袭吐蕃军。
于河口一带，薛仁贵大军开到，吐蕃军在遇见唐军后，被打得猝不及防，伤亡甚众，“数万吐蕃人死伤籍枕”，损失牛羊万余头。经此大胜，薛仁贵直入乌海城，驻守于此，按照计划，等待郭待封辎重部的后援。但薛仁贵知兵却难以知人，郭待封自恃名将郭孝恪之后，前番薛仁贵出击，留他守辎重时，他已有不满，如今薛仁贵得此大功，眼红的郭待封更是不服管制，竟在此时擅自率后队继进，不与薛仁贵的主军会合，想和薛仁贵争抢军功。
论钦陵虽败于薛仁贵，但其也是一代名将，在得知郭待封率辎重队缓缓前进后，怎会放过如此大好机会？于是吐蕃军抓住战机，以二十余万之众，直扑郭待封其部。原先就是后援队，战兵仅有五千，如今又舍阵地而出，郭待封完全抵敌不住吐蕃大军，辎重、粮草全失。后援已失，薛仁贵虽有战策，也无力持久，只有被迫退军据守大非川。
八月，论钦陵率领四十余万大军，浩浩荡荡，对唐军展开决战。薛仁贵兵力仅有三万余人，既无险可据，又无粮草供应军需，因此大败于大非川，损失极其惨烈，逼得薛仁贵只能和众将商量，与论钦陵约和还国，而吐谷浑，自此陷落吐蕃之手。
大唐战神薛仁贵为何在大非川惨败于吐蕃?
一：地利因素，高原反应。
疾病也让疲惫不堪的唐军战斗力削弱。薛仁贵的部队经历了一个由低海拔向高海拔急速前进的过程。青藏高原本身是一个地形复杂、间有起伏的高原。唐军出发地点当在鄯州，这里位于河湟谷地，海拔在2300米左右，这个高度上出现高原反应的可能性很小。到了海拔4000米以上的乌海则会有相当一部分人出现高原反应，有发生急性肺水肿、心脏病的危险，而多数人则会眩晕、头痛、心慌、腹泻、疲乏。更何况薛仁贵指挥部队“轻锐倍道”，也就是说快速由低海拔地带推进到海拔较高地带，缺乏适应高原环境的必要时间，而且体力消耗一定很大，这样造成的后果会更加严重。
二：战略意图。围魏救赵，目的占据逻娑。
唐军“以逻娑为出师之名，或许有胜利后直捣黄龙之意”。 战前唐方踌躇满志，大胆深入。当时在朝鲜战场上声名赫赫，又被誉为“三箭定天山”的神话般人物，右威卫大将军薛仁贵受诏为逻娑道行军大总管，右卫员外大将军阿史那道真、左卫将军郭待封为副，领兵五万讨伐吐蕃，以使吐蕃重新臣服，同时一旦讨伐成功，便送吐谷浑逃亡可汗诺曷钵还故地。
安西四镇为龟兹、疏勒、于阗、焉耆，全部都在新疆，为此，薛仁贵、阿史那道真、郭待封三员大将领着唐军浩浩荡荡向青海进发。为何说此战是要使吐蕃重新臣服，因为从薛仁贵受封之官诏就可明白——逻娑道行军大总管，这支队伍的终极目标是吐蕃之都城逻娑!
吐蕃大举入侵西域，唐廷判断吐蕃国内必然空虚。西域关键地理位置在吐谷浑，薛仁贵只要拿下吐谷浑，便切断吐蕃与西域四镇的联系，进可直捣逻娑，退可与镇守安西的唐将会合夺回龟兹、疏勒、于阗、焉耆。唐朝先前已遣大将阿史那忠在西域领玉河军，救于阗。在薛仁贵出兵的同时，唐以西突厥首领阿史那都支为左骁卫大将军兼匐延都督，以牵制吐蕃在西域的兵力，与薛仁贵遥相呼应。可见，唐廷为此次征战下了一番功夫，薛仁贵使“围魏救赵”之法，同时西域布置的兵力起牵制作用，战略部署也可谓高明。
三：人和。
率领吐蕃军的，是吐蕃历史上杰出的政治家、军事家论钦陵。论钦陵是吐蕃名相禄东赞之子，全名噶尔.钦陵，“论”是吐蕃对宰相的称呼。薛仁贵初期战术确实出乎论钦陵意料之外，唐军出兵吐谷浑，进占乌海城，但论钦陵临危不乱，及时调兵遣将。这里注意一个数字问题：参加大非川战役的吐蕃军有40万，前面已经介绍，吐蕃最盛时常备军才46万，而且多在西域四镇和吐蕃国内，所以这40万军不可能全都是吐蕃人，除苏毗、羊同外，大部分应当是吐谷浑人。邀击郭待封的20万军，也当多是吐谷浑军。
论钦陵如调国内军来救肯定来不及，而且必经乌海，薛仁贵早已以逸待劳，严阵以待，而调西域军还有阿史那忠和阿史那都支在那里对抗。论钦陵当机立断，判断薛仁贵亲率主力，轻装奇袭乌海，粮草辎重必然不济，故迅速调遣吐谷浑军队，邀击唐军粮草、辎重，切断唐军后备补给。而吐谷浑军可能来自伏罗川和伏俟城两个方向，绕开了薛仁贵镇守的乌海。雪山作战，补给是第一生命，补给不济，薛仁贵只能退出乌海。论钦陵这样便从容收复乌海，再陆续召集各部人马，吐蕃最后集结的四十万大军，也是陆续增援而至。
此战双方各自因势利导，避实就虚，攻击对方最薄弱的环节，战术、用兵都很高明。但吐蕃适应高原气候环境，兵力也占绝对优势，同时论钦陵及时借助了吐谷浑的力量，进行正确地战略部署，因此取得了最终胜利。薛仁贵安排郭待封携辎重据险而守、在薛仁贵击破敌军后再率辎重出发与薛仁贵汇合，如果之前郭待封携辎重据险而守遇敌人攻击，可以凭借防御工事抵御敌人，支撑到薛仁贵回来夹击打败敌人。
如果郭待封在薛仁贵前方作战结束后率辎重前去汇合，那么敌军攻击郭待封时，薛仁贵可以率部及时支援郭待封、夹击打败敌军。但是郭待封自恃名将郭孝恪之后，不服薛仁贵管制，擅自行动，提前率领粮草辎重出发，导致遇到吐蕃军攻击时，薛仁贵正在前方作战，无法来支援，结果郭待封兵败逃跑失去粮草辎重，“待封军大败，还走，悉弃辎重”。
薛仁贵攻入乌海后难以再往前进攻，一方面高原气候已经削弱唐军，另一方面继续前进的话环境对唐军来说更加恶劣，冰川雪域，行军艰难，薛仁贵不可能在粮草辎重没到的情况下一直打到拉萨。郭待封不遵将令提前运辎重出发，此时薛仁贵正在河口、乌海作战，来不及回来救援，论钦陵抓住郭待封犯此错误的机会，派大军击破郭待封部，唐军失去粮草辎重，更加剧了高原反应，薛仁贵只能率军“退屯大非川”，吐蕃大军来攻，唐军战败，不过鉴于唐军的战斗力，论钦陵与薛仁贵约和。
大非川一战，牵动整个东亚的格局，此战唐军败后，受队友牵连的薛仁贵被贬为平民，郭待封则因父功，减死除名。而吐蕃在大非川大胜唐军后，对西域一带的掌控得到加强，成为唐朝边疆，关陇地区的一大威胁。为此，唐军不得不减少辽东地区的驻军，加强西北的防御力量。这样的决策，也使原本在大唐威势下压得喘不过气来的新罗，渐渐崛起，成为朝鲜半岛最后的赢家。