唐初最强大的敌人是北方边境上的突厥。贞观年间，东突厥一度被逐出漠北，到唐高宗时，势力又逐步恢复，阿史那骨咄禄经常派兵在唐朝边疆大肆骚扰。龙朔元年(661)，唐高宗命薛仁贵领兵出征，突厥选出骁勇将士数十人前来挑战，薛仁贵连发三箭，射死三人，其余突厥立刻下马请降，从此薛仁贵名振突厥。当时在唐军流传着“将军三箭定天山，壮士长歌入汉关”的歌谣。
　　永淳元年(682)，突厥阿史那骨咄禄、阿德元珍等招集士卒五千多人，据黑沙城(今内蒙古和林格尔一带)自立为可汗。元珍熟悉汉族风俗，为骨咄禄出谋划策，骨咄禄命元珍统率兵马大举入侵，一路分兵攻岢岚，入侵并州，另一路从右玉侵入，直抵云州。当时，薛仁贵被贬象州后，得到赦令放回。唐高宗思念仁贵过去的功劳，召见他说，“昔日在万年宫时，山洪暴发，如果没有你，我早就喂了鱼。在歼灭九姓胡、征服高丽战斗中，你多次立下战功。只是有人说你在乌海城下放纵敌虏，不主动出击，造成失利，这是我处罚你的原因。现在辽西不安定，瓜州、沙州连交通也断了，你能袖手旁观不为我征战吗?”于是拜薛仁贵为瓜州长史、右领军卫将军、检校代州都督，率兵去云州解围。
　　两军在云州交手后，突厥打问增援唐将是谁，唐军说是薛仁贵。元珍说：“我听说薛仁贵流放象州早已死了，还来骗我。”仁贵听后，取下头盔，出现在阵前，突厥将士慑于仁贵“三箭定天山”的威名，一见白袍将军，一齐下马跪拜，然后弃甲逃跑。仁贵趁突厥军溃逃混乱之际，率兵出击，在大同城北卧虎湾一带截杀突厥军一万多人，俘虏二万多人，缴获骆驼、马、牛、羊三万余头，全军凯旋。
　　云州之战薛仁贵已69岁高龄，第二年病卒，享年70岁。千百年来小说、戏曲都在演述他东征的故事，被当地人民传为佳话。