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为对抗吐蕃，玄宗再度起用薛讷，以白衣摄左羽林将军，为陇右防御使，与太仆少卿王晙等率兵邀击吐蕃军队。十月，吐蕃再次进攻渭源，十月初二，玄宗下诏准备御驾亲征，并发兵10人，马四匹，迎击吐蕃。
十月初十，薛讷在武阶驿(今甘肃临洮东)大败吐蕃军，坌达延率残部向洮水(今甘肃临潭西北)逃窜，薛讷指挥唐军紧追不舍，双方激战于长城堡(在今甘肃临洮境)，唐军再次大败吐蕃军，斩首一万七千余，缴获牛羊一百二十万头。
吐蕃军背水一战，誓死抗争，薛讷军先锋、太子右卫率丰安军使郎将王海宾陷入重围，唐军诸将嫉其战功，迟迟不发兵增援，致使王海宾力战而死。薛讷率主力赶到，趁势猛攻，吐蕃军死伤数万，生擒吐蕃将领六指乡弥洪，尽收其所掠羊马，并且缴获无数器械，唐朝取得了十几年来对吐蕃作战的巨大胜利。
玄宗听闻薛讷等大获全胜，大悦，于是停止亲征，追赠王海宾为左金吾卫大将军，赐物三百段、粟三百石，赐王海宾之子名为王忠嗣，拜朝散大夫，命紫微舍人倪若水赶赴前线，记录诸将功勋。
战后，薛讷以功，拜左羽林军大将军，复封平阳郡公，又拜其子薛畅为朝散大夫，开元三年(715年)授凉州镇军大总管，统领赤水(在今甘肃武威西南)诸军，驻守凉州(治姑臧，今甘肃武威);又以左卫大将军郭虔瓘为朔州镇大总管，统兵驻守并州，东西配合，防备后突厥阿史那默啜。
后突厥默啜可汗进攻西突厥葛逻禄、胡禄屋、鼠尼施部落，屡破其众，五月，玄宗敕令北庭都护汤嘉惠、左散骑常侍解琬率兵援救。九月，玄宗拜薛讷为朔方道行军大总管，太仆卿吕延祚、灵州刺史杜宾客为副总管，征讨默啜。
开元四年(716年)六月，默啜被拔曳固颉质略袭杀，拔曳固、回纥、同罗、霄、仆固五部皆来归降，唐朝北部边境暂时解除危机。不久，薛讷以年老致仕，回家休养，唐玄宗开元八年(720年)，薛讷去世，终年七十多岁(《新唐书 薛讷传》载：“卒，年七十二”)，赠太常卿，谥号昭定
