袁天纲醒来后，慕容伏允率领群臣恭恭敬敬地把他迎到王庭内，大摆宴席，邀请他及五位飞骑吃了三日的全羊宴，再恭送他们离开吐谷浑。
十数日后，袁天纲回到了长安，立刻向李世民报到。李世民看到袁天纲全须全尾地回来了，大喜过望！进封他为鸿胪寺典客署令，赐从七品浅绿官服。
袁天纲退朝回到了袁府，见到了高淑行与李婉顺。袁天纲将在吐谷浑假装腾格里附体，借机大摇大摆地被礼送回来的经历谈给了她们听。
高淑行与李婉顺听罢，像做梦一般不敢相信。
贞观八年（公元634年）八月初十，在朝堂上，李世民接到李大亮快马送来的密奏：西突厥泥敦可汗病逝了，可汗之位空虚，欲谷设与泥敦可汗大臣统吐屯相勾结，趁机兴风作浪、招降纳叛，一度攻占了泥敦可汗所辖、伊犁河以东的龟兹国、黠戛斯等国，派其叶护阿史那步真到高昌国做领军将军，监控高昌国。在可汗浮图城（今新疆昌吉州吉木萨尔县）建立北庭牙帐，自立为乙毗咄陆可汗。现在焉耆城危矣！”
李世民宣袁天纲进宫商议要事。袁天纲突然想起：“泥敦可汗在即可汗位仪式上，预测自己能做三年可汗，现在三年过去了，泥敦可汗果然病逝了。”
果然，李世民命袁天纲率领二千北衙禁军飞骑护送泥敦可汗之子同俄特勤回西突厥焉耆城即可汗位。
这次出使西突厥，高淑行说什么也要与袁天纲同行。袁天纲也就听之任之。次日，袁天纲、高淑行与同俄特勤率二千飞骑从长安出发，经过长途跋涉行军到达玉门关。
在玉门关驿站客舍里，玉门关守将王翔来访。王翔提醒袁天纲他们：“欲谷设在西域势力正盛，他派阿史那步真在高昌国监国。你们这次去焉耆城，必须路过伊吾国与高昌国，都属于欲谷设的势力范围，你们这次去凶险无比。”
袁天纲回答道：“古人云：行万里风、破万里浪。即使前方凶险无比，我们也不会知难而退。”
同俄特勤向袁天纲问道：“此去高昌国，高昌国王麴文泰必会在阿史那步真的胁迫下，拒绝让我们过境，这该如何是好？”
袁天纲沉思片刻，说道：“高昌国的政局错综复杂，这次去高昌国不同以往，既要稳住麴文泰，又要与阿史那步真周旋，真是如履薄冰，我们一路且行且顺势而为。”
次日，袁天纲一行离开玉门关，向高昌国方向进发，一路上穿越千里沙漠莫贺延碛，继续西行了七日，又到达了伊吾国重要的交通补给地──柔远镇。袁天纲他们想在柔远镇补充食物、饮水及草料，但是柔远镇的守将说已接到阿史那步真的命令，拒绝唐军过境及补充给养。
袁天纲大怒，命令二千飞骑强行攻入柔远镇，在当地补充给养后继续西行了二百四十余里，抵达了伊吾国都城伊吾城。
伊吾国国王听闻袁天纲率领唐军强行攻入柔远镇的事，既怕得罪大唐，又怕阿史那步真怪罪，左右为难，只好城门紧闭。袁天纲知道伊吾国国王的难处，就命令唐军在城外安营扎寨，次日开拔，绕城而过继续西行。
袁天纲他们沿着天山山脉一路向西行了七日，到达了库木塔格沙漠，他们又走了两日来到高昌城。不出意外，高昌城也是城门紧闭。
袁天纲没有为难高昌国王麴文泰，命令唐军在高昌城东门外安营扎寨。袁天纲与同俄特勤、高淑行在营帐内商议。
同俄特勤说道：“此次来到高昌国，高昌国王鞠文泰与以前的态度大相径庭，还好我们在柔远镇补充了足够的给养，此去焉耆城八百余里应该还够用。”
袁天纲说道：“现在的关键问题是，阿史那步真一定知道我们已到高昌城，他必会率军队攻击我们。”
同俄特勤问道：“我们刚到高昌国，不熟悉这里的环境，也不清楚阿史那步真他们在哪里驻扎？”
袁天纲听罢，从怀里拿出一个羊皮舆图，摊在大家面前，他仔细地看着舆图，然后用手指指着高昌城外城西南角的佛寺，说道：“如果我没猜错，阿史那步真应该驻扎在那里。”
同俄特勤问道：“你怎么觉得他们会在那里？”
“这个佛寺占地一万多平米，是全城最大的佛寺。据闻阿史那步真率领突厥军队五千多人驻扎在高昌城，也只有佛寺才有这么大地方容纳他们。”
同俄特勤与高淑行听罢均连连点头。
于是，袁天纲派出三位飞骑前往佛寺侦查，果不出所料，一个时辰后，负责侦查的飞骑回来禀报，佛寺里驻扎了许多突厥兵，大约五千余人。
这时，营帐外的牙旗突然被西南方向的狂风吹断了旗杆，袁天纲说道：
“狂风吹断了旗杆，主敌人今晚来劫营；风来自西南方，主敌人来自西南方。我推测出阿史那步真当晚必会趁唐军立足未稳来劫营。”
同俄特勤说道：“那我们就将计就计伏击他们。”
袁天纲点了点头。说道：“那今晚我们就给阿史那步真摆一个空营计。” 于是，袁天纲将唐军兵分四队，埋伏在营帐四周，只留一个空营寨。
这天夜里，月光暗淡。突然，有一大队人马杀进军营，原来是阿史那步真倾巢而出，率领五千突厥兵冲进唐军的营寨，结果唐军的营寨里空荡荡的，阿史那步真大叫：“不好，有埋伏！” 急令军队撤退。只见火光四起，唐军从营寨四面杀出来，先用火箭齐射，然后再骑马飞奔到突厥人面前一阵狂砍。阿史那步真急忙率领军队往营寨外撤退，袁天纲骑马率领唐军从正面杀来，唐军齐声喊道：“阿史那步真，赶快投降！”
阿史那步真不敢恋战，率领军队扭头逃窜，同俄特勤率领着一队唐军拦住他们，又是一阵猛砍。阿史那步真率领残军赶紧从北边逃窜，又被高淑行率领的一队唐军一阵猛杀，就这样阿史那步真他们被唐军团团围住，只能杀出条血路，带着数百残兵败将突围而逃，想投奔高昌城，但高昌城城门紧闭，原来是高昌王麴文泰想两边不得罪，作壁上观，他在高昌城箭楼上看到阿史那步真被唐军杀得大败，不敢开城门营救。于是阿史那步真带着数百残军便慌不择路地逃窜而去。
袁天纲打扫了战场，唐军损失数百人，而阿史那步真的五千突厥兵，被杀死的有一千余人，逃窜的有数百人，剩余的三千余人全部投降，其中大多数原来是泥敦可汗的人马，一看是同俄特勤归来，都心甘情愿地归顺同俄特勤。
三日后清晨，袁天纲率领着一千多飞骑、同俄特勤率领着刚归顺的三千余突厥兵，合计约四千余人整装而发，在路过高昌东城时，袁天纲命人将一封信射到东城箭楼上，在信中对麴文泰晓喻祸福，不要朝秦暮楚。麴文泰看着信就心惊胆寒，窝在城里不敢露面。
经过八日的行军，袁天纲来到焉耆城外，城外欲故设所率领的突厥军队早就看到逃回来的阿史那步真的残兵败将，已是惊弓之鸟，见到唐军就一触即溃。焉耆城之围遂解。
焉耆城内的原泥敦可汗的军队们兴高采烈地迎接袁天纲、同俄特勤进城。尤其是同俄特勤原手下的突厥狼卫们见到他，更是欢欣鼓舞。
三日后，举行隆重的同俄特勤即可汗位仪式，袁天纲宣读天可汗李世民颁发的国书，册封同俄特勤为沙钵罗咥利失可汗。
七日后，等局势稍稍稳定下来，袁天纲率领唐军洒泪辞别沙钵罗咥利失可汗，离开焉耆城东归。
贞观八年（公元634年）十二月初三，袁天纲刚回到长安，李世民大喜，进封袁天纲为鸿胪寺丞，赐从六品深绿官服。
同时，袁天纲听闻朝堂上正在激烈地讨论一件大事：大唐帝国准备征讨吐谷浑。