黄明远接受了慕容融的投降，不管其目的如何。大隋要统治此地，就不可能将所有的吐谷浑人全部杀光。
黄明远手上兵力不足，因此并没有离开伏俟城继续西进，而是也准备撤兵。
这时段文操从前线传信，其部在泥岭以西遇到了西进的梁默所部，梁默所部不回返，而段文操也只得随行。
原来杨广不仅命令张定和出击车我真山，还在浩亶水大捷之后，听闻慕容伏允逃走，便下令梁默率军追击。
梁默得令之后，便从泥岭向西一路追击吐谷浑残部。后来梁默接到了黄明远的退兵命令之后，梁默左右为难。其部下给其出主意，一方面向黄明远报告天子的命令，另一方面则以一部骑兵继续追击慕容伏允，而主力部队则撤往河西待命。
梁默大喜，乃亲率八千骑兵继续向西深入追击吐谷浑人。
此时已经进入十余初，整个西海地区大雪暴降，天寒地冻，不少地方都已经开始封山。梁默继续向西追击，其危险性不可谓不大，只是天子命令，梁默也不敢不从。
大军越来越往西，正好遇到了一样西进的段文操。此时段文操已经在返回伏俟城的路上。向西追击了数日，但段文操始终没有追上慕容伏允，这恶劣的天气使得段文操不敢再向前。对于隋军来说，最大的敌人已经从吐谷浑人变成了西海的天气，若是补给断绝，整个大军有覆灭的危险。
段文操劝梁默一同跟他返回伏俟城，再做计较，没得因为天气折了部队，但梁默却是不允。
天子令其追击慕容伏允，他从向西追了数百里便要返回，到了天子面前怎么交代。天子可不管天气什么原因，一个不遵圣命，便能使天子恶了他。因此梁默虽然知道前途艰险，但仍旧固执的要继续向西追击。
段文操无奈，又不能任由梁默一人西行，其部兵马不多，更易受挫。段文操只得一面向黄明远报信，一面尾随梁默之后，折道西行。
梁默一路追击吐谷浑残部到黑海（今青海省德令哈市哈拉湖），终于中了吐谷浑人的埋伏。
慕容伏允一路西逃，眼看隋军紧追不舍，知道若是不击败这股隋军，根本逃脱不了。慕容伏允也是人杰，遂决定就此反击，在黑海东南隋军的必经处设下埋伏。数次大败，慕容伏允手中只有不到万人，一旦再次兵败，就只剩下覆亡。
不过慕容伏允意志坚定，决定赌这一场。
果然梁默轻而无备，一路率领轻骑兵前行，在黑海地区落入了吐谷浑人的埋伏圈。
梁默是员猛将，骁武绝人，每从征伐，冲锋陷阵。因此虽然被围，但不慌不忙，镇定自若的指挥军队防御。
吐谷浑人也尽是精锐，梁默带队两次冲锋，皆不能破围，反而中枪落马，只得徒步参战。眼看身边士兵越战越少，梁默也不禁长叹“今日当死在这里”。
幸而此时段文操从后率部赶到，拼力厮杀进击，所向披靡。吐谷浑人与梁默大战，已经用尽了力气，段文操率领的援军突然到来，立刻将士气高涨的吐谷浑人击破，其部开始出现崩溃。
此时的慕容伏允见到此状，也只得哀叹“谋事在人，成事在天”，天不助他，乃使得隋军援兵赶到，现在已再无胜利的可能。
慕容伏允乃放弃围歼隋军，选择撤兵。
而此时梁默受伤，其部折损严重，段文操也无力追击，只得任由对方撤离。
二人准备返回，正好又遇到了向西追击的刘权所部。
刘权与梁默的情况一样，同样是被杨广所遣追击慕容伏允的。不过刘权在海西地区搜寻了吐谷浑人半个月，也没有发现慕容伏允的踪迹，也准备向西追击。
这时梁默刚遭遇大败，因此劝刘权以他的教训为前车之鉴，最好撤兵。
刘权却认为慕容伏允的境遇要比他们的更糟糕，既然已经到了这种地步，哪怕付出再大的伤亡，也要追下去。对于梁默的反对，刘权说道：“吐谷浑人不定居，没有城郭，随水草迁移流动，如果不趁他们聚居在一起时袭击他们，等到他们四处游荡，怎么能捣毁他们的巢穴呢？现在慕容伏允一路往西北逃，无论是让其逃到西域，还是留在海西，将来都是大隋的一大祸患。”
于是刘权亲自挑选骁勇骑兵一千多人为先锋，直逼慕容伏允离开的方向。而段文操和梁默二人也盘算，此时境况如此，他们早就过了撤兵的好时机，无论是向东还是向西，都要横穿大山，面对严酷的环境，还不如跟着刘权继续向西追击吐谷浑人，最后折道从伊吾回国。
因此二人便缒在刘权身后，也继续进军。
这般天气，滴水成冰，沿途冻毙者不计其数。沿途缺水，将士们甚至只得抽饮马血。在这个硕大的海西荒原，众人行千余里，士糜冰，马秣雪，终于在南龙勒山口（今甘肃省、青海省边境当金山口）追上了慕容伏允。
南龙勒山层峦叠嶂，山势陡峻，植被稀疏，纵横沟谷，切割剧烈，南坡相对平缓，地表风化严重，岩体破碎。属于人迹罕至，飞鸟不驻之地。
慕容伏允无论如何没想到隋军如此穷追不舍，因此到了此地，因为天气原因，也放松了警惕。
而刘权的前锋部队沿途掉队过半，拼着一口气向西追击。等到发现了吐谷浑人的营帐，甚至来不及等待身后的梁默主力支援，便向吐谷浑人杀去。
这一战慕容伏允再也没有延续自己的神奇，逃命大法失去了效果。隋军攻破慕容伏允的牙帐，杀掉几千名吐谷浑兵，获得牲畜十多万，自伏允以下，其妻子儿女皆被隋军俘获。
至此这场大战终于落幕。而隋军梁默、刘权、段文操三部共计三万多人出击，辗转月余，一路冻死、冻伤无数，等到众人从龙勒山返回敦煌修整之后，三军合计不过一万两千余人，只剩下三分之一多。
同月，慕容伏允手下大将大宝王尼洛周率领数万部众向隋军投降，至此整个吐谷浑再无任何抵抗势力。