薛世雄却不同意，他认为大军已经集结，不能毫无作为地干等着，况且兵贵神速，早点到达伊吾，可以给敌人一个措手不及。薛世雄豪迈地对大家说：“我军战无不胜，沙漠是挡不住我们的”。于是，薛世雄一声令下，大军按时出发了。
薛世雄带领一支孤军，在毫无后援的情况下，独自进入茫茫大漠，胆子是够大的。在戈壁沙漠行军，确实是困难重重。沙漠天气，变幻无常，时而烈日炎炎，酷热难当；时而阴云密布，冷风呼啸；时而狂风大作，黄沙弥漫。特别是千里荒凉，没有人烟，难以找到水源。幸亏薛世雄虽然胆大，却不鲁莽，事先做足了准备，才使得这一支孤军没有陷入灭顶之灾。
伊吾人压根就没有想到，在这样恶劣的条件下，隋朝军队能够穿越数千里沙漠，来到伊吾城下。伊吾城内没有一点防备，兵力又很单薄，再看隋军，虽然经过长途跋涉，却依然军阵整齐，旌旗鲜明，兵强马壮，因此，伊吾人根本没有交战，就请求投降了。
伊吾虽然距离中原路途遥远，但对中原并不陌生，因为伊吾曾经长期是汉朝与匈奴争夺西域的焦点。早在公元73年，东汉名将窦固，就击破匈奴，占据了伊吾，并设官吏管理屯田。三年之后，匈奴派兵夺回了伊吾。公元131年，班勇再通西域，又重新在伊吾屯田，并设置伊吾司马，进行管理。在长达数百年的时间里，中原与匈奴多次争夺伊吾，所以，伊吾人对中原有很深的了解，也仰慕中原文化，这也是伊吾不战而降的重要原因。
薛世雄占领伊吾以后，指挥大军在汉代旧伊吾城的东面，修筑了一座新城，叫新伊吾，留下了将领王威，率一千多名士兵戎守，自己率大军班师回朝。
薛世雄西征伊吾，获得全胜，而且没有损失一兵一卒。薛世雄因功升迁为正议大夫，赐帛两千段。后来，薛世雄又随杨广参加征伐高句丽战争，升迁至右御卫大将军。在隋末农民起义时，薛世雄被窦建德打败，愤懑病死，终年六十三岁。
收服伊吾以后，隋朝设置了伊吾郡，范围在今哈密一带，成为隋朝控制西方的一个重要军事要地。这是隋炀帝开疆拓土的又一个功绩。
隋炀帝崇尚武力，喜欢征战四方，南方、北方、西方都征服了，下一步就是东方了。