世民乘机用书信劝其归降，梁师都不从。太宗乃命夏州都督长史刘旻、司马刘兰成伺机出击，刘旻等数次遣轻骑践其禾稼，又使反间计，离间其君臣，梁师都国势渐衰，降唐者接踵而至。梁师都名将李正宝等企图抓获梁师都投唐，事情败露后，降唐。从此，梁国上下更加互相猜忌，刘旻等见时机成熟，上表请求出兵。
唐太宗即命柴绍与殿中少监薛万均率军攻打梁师都，同时又遣刘旻等进屯朔方东城进逼。梁师都引突厥兵至城下，唐将刘兰成偃旗息鼓，按兵不动，待梁师都夜间退兵时，出兵追击，大败其军。突厥发兵救援梁师都，柴绍军在离朔方数十里处与其遭遇，柴绍率军奋勇出击，大破突厥军，乘胜包围朔方城，突厥不敢救援，城中食尽。梁师都堂弟梁洛仁杀梁师都，举城投降，唐以其地置夏州，唐军击灭梁师都，占领朔方重镇，为反击突厥准备了前进基地，柴绍转左卫大将军，又为华州刺史。
突厥军进扰河西，唐太宗诏命各路军马反击突厥，并州都督李积为通汉道行军总管，兵部尚书李靖为定襄道行军总管，任城王李道宗为大同道行军总管，检校幽州都督卫孝杰为恒安道行军总管，灵州大都督薛万彻为畅武道行军总管，柴绍则为金河道行军总管，与上述五路共同出击。唐军共计十余万，皆受李靖节度，最终灭了掉东突厥，柴绍加镇军大将军，行右骁卫大将军，改封谯国公。
柴绍病重，唐太宗亲自前去探望，不久柴绍去世，赠荆州大都督，谥号襄。唐太宗命画二十四功臣图于凌烟阁，皆真人大小，柴绍名列凌烟阁二十四功臣第十四名。
史事讲将2隋唐五代三月天