第一、唐軍輕敵，孤軍深入
大非川之戰是唐朝爲了扭轉在西域、河西一帶的不利局面而主動向吐蕃發起的一次進攻。戰前，唐高宗特意從朝鮮半島上抽調了一代名將薛仁貴(薛仁貴曾擔任安東都護府都護)擔任此次西征的主帥。自建國以來，唐朝已經攻滅東突厥汗國、薛延陀汗國、西突厥汗國、高句麗王國、西域諸國，擊敗吐谷渾汗國。長期處於勝利狀態下的唐軍十分輕敵，沒有過高地重視吐蕃的軍事力量，從出兵的數量也可以看得出來。薛仁貴、阿史那道真以區區3萬軍馬深入烏海地區，而他的副將郭待封統帥的2萬後勤部隊卻陷入吐蕃的重重圍困，全軍覆沒。吐蕃充分利用唐軍孤師遠征、後勤斷絕的劣勢，集中優勢兵力集中打擊。
第二、雙方的實力對比懸殊
大非川之戰前一年，唐朝纔剛剛平定朝鮮半島的高句麗王國，名將李績統帥的數十萬唐軍主力根本來不及回防吐蕃。吐蕃就是趁着唐軍東征的機會，吞併土谷渾，入侵安西地區，向唐朝的威嚴發起了挑戰。唐高宗倉促命令薛仁貴爲主帥，讓他出徵吐蕃。出師時，薛仁貴與郭待封的總兵力只有區區5萬人。
吐蕃輕騎兵曾經攻滅了印度的天竺王國，其活動範圍包括新疆、西藏、青海、印度、尼泊爾等地。吐蕃國內兵強馬壯，又依賴青藏高原的地理優勢，居高臨下，不斷入侵唐朝的四川地區。防禦薛仁貴進攻的吐蕃宰相是論欽陵，他十分重視唐朝的進攻，不僅下令全民皆兵，還組織了西羌、吐谷渾、吐蕃聯軍，總數達到了40萬之多。此戰是薛仁貴一生最大的敗仗，徹底讓他身敗名裂。
第三、唐軍將帥不和
唐高宗以薛仁貴爲主帥，郭待封爲副帥，同時下令西域的唐朝與突厥聯軍從北面配合唐軍的進攻。薛仁貴利用輕騎兵的優勢擊潰了吐蕃前鋒，進入烏海地區，他命令郭待封率領後勤部隊堅守後方。郭待封立功心切，盲目出擊，結果陷入吐蕃圍困，全軍覆沒。吐蕃40萬軍隊前後夾擊薛仁貴，因此唐軍戰況不利。在後勤斷絕，敵軍層層圍困的情況之下，薛仁貴大敗而歸。戰後，唐高宗追究薛仁貴的責任，將他削職爲民。
大非川之戰的後續影響：
此戰是唐朝建國以來最大的一次慘敗，同時也宣告了唐朝對外擴張的停止，轉爲全力對付吐蕃。唐軍被迫從中亞撤回到蔥嶺以東，停止繼續往西擴張，並且在河西、安西兩個方向上與吐蕃陷入拉鋸戰。唐朝的軍隊制度是以均田制爲基礎的府兵制，軍隊的實際數量受制於耕種土地。另外，由於隋末動亂，人口減少，唐朝初年真實的常備軍數量約爲40萬左右，超過這個數目則有誇大的嫌疑。大非川之戰中，唐朝5萬河西軍精銳損失慘重，以後則不得不抽調重兵防禦吐蕃。
對於吐蕃而言，憑藉此戰完全吞併了吐谷渾的故土。唐太宗原來是想依賴土谷渾作爲河西走廊的屏障，而沒有滅吐谷渾。但是吐蕃攻下吐谷渾之後，便可以從這裏直接打擊到唐朝的河西走廊和隴右地區。吐蕃憑藉地利往往先發制人，這就是爲什麼唐朝與吐蕃戰爭陷入焦灼狀態的原因了。
