黃明遠接受了慕容融的投降，不管其目的如何。大隋要統治此地，就不可能將所有的吐谷渾人全部殺光。
黃明遠手上兵力不足，因此並沒有離開伏俟城繼續西進，而是也準備撤兵。
這時段文操從前線傳信，其部在泥嶺以西遇到了西進的梁默所部，梁默所部不回返，而段文操也只得隨行。
原來楊廣不僅命令張定和出擊車我真山，還在浩亶水大捷之後，听聞慕容伏允逃走，便下令梁默率軍追擊。
梁默得令之後，便從泥嶺向西一路追擊吐谷渾殘部。後來梁默接到了黃明遠的退兵命令之後，梁默左右為難。其部下給其出主意，一方面向黃明遠報告天子的命令，另一方面則以一部騎兵繼續追擊慕容伏允，而主力部隊則撤往河西待命。
梁默大喜，乃親率八千騎兵繼續向西深入追擊吐谷渾人。
此時已經進入十余初，整個西海地區大雪暴降，天寒地凍，不少地方都已經開始封山。梁默繼續向西追擊，其危險性不可謂不大，只是天子命令，梁默也不敢不從。
大軍越來越往西，正好遇到了一樣西進的段文操。此時段文操已經在返回伏俟城的路上。向西追擊了數日，但段文操始終沒有追上慕容伏允，這惡劣的天氣使得段文操不敢再向前。對于隋軍來說，最大的敵人已經從吐谷渾人變成了西海的天氣，若是補給斷絕，整個大軍有覆滅的危險。
段文操勸梁默一同跟他返回伏俟城，再做計較，沒得因為天氣折了部隊，但梁默卻是不允。
天子令其追擊慕容伏允，他從向西追了數百里便要返回，到了天子面前怎麼交代。天子可不管天氣什麼原因，一個不遵聖命，便能使天子惡了他。因此梁默雖然知道前途艱險，但仍舊固執的要繼續向西追擊。
段文操無奈，又不能任由梁默一人西行，其部兵馬不多，更易受挫。段文操只得一面向黃明遠報信，一面尾隨梁默之後，折道西行。
梁默一路追擊吐谷渾殘部到黑海，終于中了吐谷渾人的埋伏。
慕容伏允一路西逃，眼看隋軍緊追不舍，知道若是不擊敗這股隋軍，根本逃月兌不了。慕容伏允也是人杰，遂決定就此反擊，在黑海東南隋軍的必經處設下埋伏。數次大敗，慕容伏允手中只有不到萬人，一旦再次兵敗，就只剩下覆亡。
不過慕容伏允意志堅定，決定賭這一場。
果然梁默輕而無備，一路率領輕騎兵前行，在黑海地區落入了吐谷渾人的埋伏圈。
梁默是員猛將，驍武絕人，每從征伐，沖鋒陷陣。因此雖然被圍，但不慌不忙，鎮定自若的指揮軍隊防御。
吐谷渾人也盡是精銳，梁默帶隊兩次沖鋒，皆不能破圍，反而中槍落馬，只得徒步參戰。眼看身邊士兵越戰越少，梁默也不禁長嘆「今日當死在這里」。
幸而此時段文操從後率部趕到，拼力廝殺進擊，所向披靡。吐谷渾人與梁默大戰，已經用盡了力氣，段文操率領的援軍突然到來，立刻將士氣高漲的吐谷渾人擊破，其部開始出現崩潰。
此時的慕容伏允見到此狀，也只得哀嘆「謀事在人，成事在天」，天不助他，乃使得隋軍援兵趕到，現在已再無勝利的可能。
慕容伏允乃放棄圍殲隋軍，選擇撤兵。
而此時梁默受傷，其部折損嚴重，段文操也無力追擊，只得任由對方撤離。
二人準備返回，正好又遇到了向西追擊的劉權所部。
劉權與梁默的情況一樣，同樣是被楊廣所遣追擊慕容伏允的。不過劉權在海西地區搜尋了吐谷渾人半個月，也沒有發現慕容伏允的蹤跡，也準備向西追擊。
這時梁默剛遭遇大敗，因此勸劉權以他的教訓為前車之鑒，最好撤兵。
劉權卻認為慕容伏允的境遇要比他們的更糟糕，既然已經到了這種地步，哪怕付出再大的傷亡，也要追下去。對于梁默的反對，劉權說道︰「吐谷渾人不定居，沒有城郭，隨水草遷移流動，如果不趁他們聚居在一起時襲擊他們，等到他們四處游蕩，怎麼能搗毀他們的巢穴呢？現在慕容伏允一路往西北逃，無論是讓其逃到西域，還是留在海西，將來都是大隋的一大禍患。」
于是劉權親自挑選驍勇騎兵一千多人為先鋒，直逼慕容伏允離開的方向。而段文操和梁默二人也盤算，此時境況如此，他們早就過了撤兵的好時機，無論是向東還是向西，都要橫穿大山，面對嚴酷的環境，還不如跟著劉權繼續向西追擊吐谷渾人，最後折道從伊吾回國。
因此二人便縋在劉權身後，也繼續進軍。
這般天氣，滴水成冰，沿途凍斃者不計其數。沿途缺水，將士們甚至只得抽飲馬血。在這個碩大的海西荒原，眾人行千余里，士糜冰，馬秣雪，終于在南龍勒山口追上了慕容伏允。
南龍勒山層巒疊嶂，山勢陡峻，植被稀疏，縱橫溝谷，切割劇烈，南坡相對平緩，地表風化嚴重，岩體破碎。屬于人跡罕至，飛鳥不駐之地。
慕容伏允無論如何沒想到隋軍如此窮追不舍，因此到了此地，因為天氣原因，也放松了警惕。
而劉權的前鋒部隊沿途掉隊過半，拼著一口氣向西追擊。等到發現了吐谷渾人的營帳，甚至來不及等待身後的梁默主力支援，便向吐谷渾人殺去。
這一戰慕容伏允再也沒有延續自己的神奇，逃命大法失去了效果。隋軍攻破慕容伏允的牙帳，殺掉幾千名吐谷渾兵，獲得牲畜十多萬，自伏允以下，其妻子兒女皆被隋軍俘獲。
至此這場大戰終于落幕。而隋軍梁默、劉權、段文操三部共計三萬多人出擊，輾轉月余，一路凍死、凍傷無數，等到眾人從龍勒山返回敦煌修整之後，三軍合計不過一萬兩千余人，只剩下三分之一多。
同月，慕容伏允手下大將大寶王尼洛周率領數萬部眾向隋軍投降，至此整個吐谷渾再無任何抵抗勢力。