其实，梁师都的想法很简单，继续依附突厥，一方面，可以怂恿突厥，出动铁骑南下，入侵唐朝腹地，替自己出一口恶气；另一个方面，梁师都则能借机恢复元气，重整兵力。于是，梁师都委派尚书陆季览，出使突厥，游说处罗可汗，希望突厥可以出兵，攻打唐朝边境。陆季览到了突厥，施展三寸不烂之舌，向处罗可汗陈述局势：
比者中原丧乱，分为数国，势均力弱，所以北附突厥。今武周既灭，唐国益大，师都甘从亡破，亦恐次及可汗。愿可汗行魏孝文之事，遣兵南侵，师都请为乡导。（《旧唐书·梁师都传》）
本来，这个时候，唐朝与突厥的关系，正在逐渐趋于恶化。突厥势力向中原渗透，扶持多个割据势力，阻挠唐王朝统一战争的推进。来而不往非礼也，面对突厥的从中作梗，唐朝也不甘示弱，先后消灭薛氏父子、李轨、刘武周等割据政权，粉碎了突厥的企图。一时间，唐朝与突厥之间，剑拔弩张。
偏偏此时，梁师都遣人出使突厥，游说处罗可汗，撺掇突厥出兵南侵，进攻唐朝。别说，梁师都的撺掇，还真起作用了，处罗可汗头脑一热，居然答应了梁师都的出兵请求，开始积极部署兵马。当时，处罗可汗是这样部署的，布置了三路大军，对唐王朝形成巨大的军事威吓：
第一路，突厥两员大将莫贺咄、泥步设，分别率军从陕北高原一路南下；莫贺咄率军入侵五原，泥步设则前往延州，与梁师都会合。
第二路，处罗可汗亲率突厥主力，进攻太原，威胁李唐王朝的龙兴之地，进而席卷河东地区。
第三路，突利可汗联合契丹、靺鞨兵马，进军幽州，配合窦建德的夏军，两军由滏口出兵，会师于晋绛地区。
如果这三路大军，真的大举南下入侵。那么，对于李唐王朝而言，将会是巨大的军事威胁。到时候，唐朝将会和突厥、梁师都、窦建德三股势力，陷入激战，肯定疲于应付。然而，上天总是会眷顾李唐王朝。眼看大战就要一触即发，关键时刻，竟然发生了戏剧性的变化。
原来，就在突厥大军出发前夕，处罗可汗突然暴毙，死因不明。因为处罗可汗的突然去世，突厥国内，再次面临汗位更替的过渡。因此，已经计划好的三路并进，突厥未能如约与梁师都会师。
由于突厥没能按时出兵，所以，这次的三路并进，就变成了梁师都一人的单打独斗。很快，驻守延州的唐将段德操，趁机发起反击，大破梁师都。不出意外，遇上段德操，梁师都再次败下阵来。
此后的几年的时间，梁师都稍微比较老实一些。也许，几次较量之后，梁师都被打疼了。不过，梁师都消停了，唐朝却开始主动发起进攻。时间到了武德五年（622年），唐朝开始向梁师都大规模用兵，试图一举攻灭梁师都。
武德五年（622年）二月，时任唐朝延州道行军总管的段德操，尽起延州边军，进讨梁师都。其实，段德操率军讨伐梁师都，绝不是他个人擅自行动。可能，唐高祖觉得，只要梁师都一天存在，长安以北，便犹如扎着一根木刺，疼痛不已。所以，李渊认为，必须快刀斩乱麻，拔掉梁师都这根木刺，命段德操主动出击。
段德操率领边军精锐，大举讨伐梁师都。首先，段德操兵锋所到之处，直指梁师都下辖的一处重要军事据点——石堡城。段德操指挥边军，对石堡城展开了猛烈攻势，摆出了一副不惜一切代价的阵势。
石堡城固若金汤，如果强行进攻，唐军必然损失惨重。段德操沙场宿将，难道不懂得这个道理吗？他当然知道。实际上，段德操强攻石堡城，只是他的虚晃一枪罢了。他真正的目的，四个字：围城打援。
强攻石堡城，当然不是段德操的主要目的。段德操非常清楚，石堡城的重要意义，梁师都绝不会轻易放弃。因此，段德操假意佯攻石堡城，大造声势，以此迷惑梁师都，诱使梁师都率兵救援石堡城。然后，段德操提前设伏，等到梁师都主力全部来到石堡城，唐军突然出击，将梁师都所部悉数拦截围杀。
但凡稍微通晓一点兵事的人，都能看出，这是段德操的围城打援之计。然而，梁师都顾不了那么多了。在他看来，石堡城万万不能丢掉。于是，梁师都果然亲率大军，前来驰援石堡城。
梁师都亲来救援，正中段德操下怀。结果，梁师都的兵马，刚到石堡城，事先埋伏好的唐朝边军，从四面八方冲杀出来，猛攻梁师都部。一场血战下来，唐军大获全胜，梁师都惨败。最终，梁师都只得带领仅仅十六名骑兵，狼狈逃离。而后，唐军一鼓作气，趁势攻克石堡城。
唐军在段德操的指挥下，大破梁师都，攻克石堡城，军心士气大振。就在此时，唐高祖李渊从长安派来援军，前来为段德操助阵。本来，唐军新破梁师都，加上长安派来援军，段德操一时底气十足。因此，段德操打算乘胜出击，彻底灭掉梁师都。于是，段德操集结边军将士，兵锋直指梁师都的大本营——夏州。
前文说过，夏州治所统万城，是一座固若金汤，坚不可摧的军事重镇。所以，段德操若要拿下夏州，必须要攻破统万城。当时，统万城分为东、西两部分。梁师都将大部分精锐，全部集中于东城。