這個時代的吐蕃軍隊畜馬極多，而且披甲率甚高。以就地取材的鞣置皮甲居多，搭配部分西域、天竺傳入鎖子甲；得益于天竺所獲的鐵礦和鍛造技藝，長矛鋒利而刀劍精良，但弓箭相對短小無力；
因此，吐蕃人以部落為單位，往往青壯在前廝殺，老弱在后方輸運糧秣。迎敵以大量畜馬騎乘行軍，到了戰場就下馬陣列而戰；非前排盡死后排方進，只要戰場上的陣列既成，就少有背向逃亡者；
再加上熟悉地理之故，吐蕃軍在戰場上聚散甚快；就算在正面交戰被擊潰了，也很容易借著地形逃脫追擊。而當吐蕃人開始脫離戰場的時候，同樣也借助畜馬代步，讓唐軍難以追擊或是擴大戰果。
畢竟，你讓一群勉強適應高原環境的唐軍士兵，經歷了一番苦戰血戰之后，還要與熟悉高原地理的土著，玩追亡逐北的賽跑和捉迷藏；實在是太過勉為其難了。因此大非川之戰下半場打成了爛戰。
按照當時在場的軍中記事描述，偌大的大非川內外，漫山遍野都是相互追逐糾纏的唐、蕃將士；遺棄的車馬旗幟、甲仗尸體綿延了數十里里；而在此期間，唐軍甚至又吃了一次，不折不扣的敗戰。
那是散布在山外草原上，大大小小的泉眼和水洼；大的有丈余，小的有一兩尺。吐蕃的馬匹走到泉口的時候，自己就停住了，連腳都不會濕。在相互糾纏的追擊中，吐蕃人會故意將唐軍引到此處，
因為唐馬不熟悉地形，收勢不住就沖進草地下的泉眼、水洼，紛紛傾覆導致失敗。因此，這里也是數年前冒進的郭待封部，全軍覆滅的舊戰場。折回的吐蕃軍隊，甚至因此反包圍陷入其中的唐騎。
最后導致戰局的天平，再度發生微妙逆轉的，居然是后續趕到戰場的吐谷渾人。作為原本戰場上最無關緊要的因素，在戰前因為太子李弘的隨口提議；從投唐的吐谷渾王族慕容舊部中選拔的藩騎。
雖然只有裝備簡陋的兩三千騎，卻輕車熟路的繞過了這片，隱藏在草原之下的陷阱地帶；由吐谷渾王室子弟慕容未明帶領下，滿懷仇恨沖向樹立著五色牦牛尾大纛，苯教鬼神旗幡的吐蕃中軍廬帳。
雖然未能夠成功突入其陣中，但是卻迫使吐蕃總帥當代大論，論欽陵的大纛匆忙轉移。而吐蕃總帥的大纛一動，余下的各部人馬也就無心再戰；紛紛自行脫離與唐軍接觸，變相挽回了唐軍的頹勢。
因此，這場大非川之戰前后斷斷續續，打了一個多月；以客場作戰的唐軍慘勝收尾。已經無力追擊的唐軍撤回龍支城，前后折損將士達到了五六萬，其中相當一部分非戰減員或是中途跑散、走失。
但吐蕃的損失更大。雖然，在吐蕃一代權臣名將論欽陵的指揮下，吐蕃有大半軍力得以脫離戰場；但是十數萬隨軍作戰的老弱婦孺，和數倍于此的畜馬，卻成為唐軍的俘獲，或是周邊部落的獵物。
更重要的是，吐谷渾末代可汗慕容諾曷缽之長子，官拜安樂州都督的慕容忠，字蘇度，由此回到了西海以西的吐谷渾故都——伏俟城；開始利用吐蕃失利的余波，號召故地各族諸部脫離吐蕃控制。