Bitwa Abbasydzki gubernator Samarkandy, Zijad ibn Salih zgromadził znaczną armię i ruszył na pomoc. Gao Xianzhi, sprzymierzywszy się z turkuckim plemieniem Karłuków, wyszedł mu naprzeciw, mając łącznie ok. 30 tys. żołnierzy. Do starcia doszło nad rzeką Tałas w pobliżu miejscowości Atłach. W kluczowym momencie karłuccy sprzymierzeńcy przeszli na stronę arabską: armia chińska poniosła całkowitą klęskę, niedobitki uciekły na zachód.
Udział Karłuków
Konsekwencje Sama bitwa, jedyne w historii starcie armii chińskich i arabskich, nie była aż tak decydująca, jak ją się czasem opisuje. Arabowie nie kontynuowali ekspansji do Kotliny Kaszgarskiej, prawdopodobnie ze względu na niestabilną sytuację wewnątrz kalifatu, związaną z obaleniem Umajjadów przez Abbasydów. Decydujące były wydarzenia w samych Chinach: w tym samym 751 roku poważną klęskę Tangom zadały wojska Nanzhao na południu, a na północy Kitanowie pobili armię generała An Lushana. Ten ostatni cztery lata później wywołał wielką rebelię, którą stłumiono dopiero w 763 roku za pomocą Ujgurów. Spowodowała ona wycofanie wszystkich oddziałów z Xinjiangu do Chin właściwych.