虽然裴行俭计擒阿史那都支与李遮匐，复夺西突厥。然而此时北方局势却发生重大的变化，后突厥掀起规模浩大的复国运动，这次庞大的运动同时影响到西突厥，公元682年，西突厥的首领阿史那车薄率部起事，大唐帝国的安西都护区面临严峻的挑战。

阿史那车薄是继阿史那都支后的西突厥首领，从裴行俭计取西突厥之后三年，阿史那车薄的表现中规中矩，但是后突厥的复国运动的浪潮也波及到了西突厥。682年，阿史那车薄发兵攻打弓月城，西突厥的形势陡然紧张起来。唐高宗本以礼部尚书裴行俭为金牙道行军大总管，率3总管兵分道进攻西突厥。但裴行俭尚未出师，便已去世享年六十四岁。

安西都护王方翼反应迅速，立即调兵遣将，前往增援弓月城，在伊丽水与阿史那车薄的西突厥军相遇，王方翼作为地方大吏，不仅治理有方，而且也能带兵打仗，这一仗下来，阿史那车薄大败，西突厥军阵亡一千余人。阿史那车薄撤退，弓月城转危为安。

但是，不久西域的三姓咽面部落也加入到反叛的行列，与阿史那车薄联手，抗衡王方翼。王方翼率安西都护府驻军以及西域诸国胡人军团发动进攻，在热海与阿史那车薄以及三姓咽面部落联军进行决战。

热海之战极为艰苦，第一次交战双方势均力敌，打得难解难分，战况非常惨烈，在战斗中，王方翼被对方的流矢所伤，利箭刺穿其手臂，伤势非常严重。在这战斗的紧急关头，一旦主将受伤撤下，将对士气是致命的打击。王方翼忍住巨痛，拔出佩刀，砍断箭杆，鲜血直渗出战袍，但王方翼不为所动，脸上绝不露出半点痛苦的表情，坚持指挥作战，稳定军心。

这一仗下来，双方均损失不小。回到帐营后，大家方才发现主将的手臂已经受重伤，赶紧让军医前来疗伤。

王方翼受伤的消息传出后，其帐下的部分西域胡人军团的首领，认为主将受伤必将影响士气，而且此时唐帝国的羁縻区出现大规模的叛变，他们认为此时有机可乘，不如趁着王方翼受伤，将其生擒后交予阿史那车薄。

但这些胡人企图叛变的阴谋被王方翼察知，王方翼不露声色，召集胡人首领开军事会议，在会议上，王方翼拿出军费赏赐给这些首领，领赏处设在军帐外，让胡人首领一个接一个到帐外领赏，结果这些企图反叛的将领，出去一个，便被砍一个。正好此时风声大起，王方翼又让士兵们敲锣打鼓，象是为领赏者喝彩，来掩饰这些糊里糊涂便被斩首的叛军首领的惨叫声，结果前后斩杀了七十余位参予叛变的胡人将领。

在清洗内部叛乱力量之后，王方翼再次对阿史那车薄与三部咽面发起进攻。阿史那车薄本来接到叛军的情报，称不日可擒获王方翼，所以放松了警惕，谁料得不仅没擒到王方翼，反倒是叛乱分子被一网打尽。王方翼抓住机会，打了个阿史那车薄一个措手不及，并且分兵袭击三部咽面部落，大破西突厥联军，俘虏突骑施酋长以及其他大大小小首领共计三百余人。至此，西突厥的叛变被王方翼所平定。

是役之后，西突厥各部元气大伤，从此再也没有崛起。