英布發(fā)現(xiàn)匈奴騎兵攻擊速度比較快，派出第六軍和澳洲原住民出戰(zhàn)，利用第六軍的一萬根擲棍和原住民的澳洲曲棍同時投向沖鋒中的匈奴騎兵，收獲很大一萬多名騎兵被打下了戰(zhàn)馬，一部分直接喪命，之后第六軍兵士利用步兵連枷繼續(xù)攻擊剩余匈奴騎兵，一萬原住民則使用戰(zhàn)國青銅啄錘攻擊被打下馬的匈奴士兵。戰(zhàn)斗打的非常慘烈，尸橫遍野匈奴騎兵喪生了不到兩萬人，剩下的一萬多人圍住了城門，英布帶著剩下的兩萬人緊守城門不要出城迎戰(zhàn)，匈奴騎兵攻城無果就改道前往雁門。匈奴騎兵去雁門后不久，龍輝派來的援兵到達上郡，第十六軍裝備邁錫尼青銅劍和球頭連咖。第十四軍裝備f形擲棍，雙手長柄大斧和毛利戰(zhàn)斧。蘇美爾兵士裝備阿茲特克黑曜石槍戰(zhàn)國青銅流星錘，黑曜石槍長2.2米重2.5公斤，基里巴斯兵士裝備鯊齒劍和戰(zhàn)國青銅矛，鯊齒劍長100厘米重量1公斤劍身用鯊魚的利牙做成非常鋒利。
伊稚斜單于和右賢王遠逃大漠以北，河西地區(qū)只剩下休屠王、渾邪王。漢武帝命票騎將軍霍去病率一萬騎兵，從隴西郡出發(fā)北擊匈奴。渡過狐奴水，經(jīng)過五個王國，轉(zhuǎn)戰(zhàn)六天，越過焉支山出一千余里，殺匈奴折蘭王，斬盧侯王，俘獲渾邪王的王子及相國、都尉，其斬首俘獲匈奴軍士八千九百余人，并奪得休屠王用以祭祀上天的金人。漢軍損失了十分之七。漢武帝下詔，增霍去病食邑二千戶。
霍去病與合騎侯公孫敖率領(lǐng)數(shù)萬騎兵同時從北地郡分兩路出擊匈奴，衛(wèi)尉張騫、郎中令廣也同時從右北平郡分路出擊，牽制左賢王。李廣率四千騎兵為先鋒，距大部隊約數(shù)百里，張騫率騎兵萬余人殿后。匈奴左賢王率騎兵四萬，將李廣率領(lǐng)的先頭部隊包圍。李廣命兒子李敢率領(lǐng)數(shù)十名騎兵直穿敵陣，從敵陣左右沖出后返回。李廣命部下面對敵軍列成圓形戰(zhàn)陣，匈奴兵向漢軍陣地猛攻，箭如雨下，漢軍陣亡過半，箭也將盡。李廣令部下拉滿弓弦，不發(fā)射，他親自用大黃強弓一連射死幾名匈奴將領(lǐng)，匈奴攻勢才漸漸緩和下來。第二天，漢軍再次力戰(zhàn)，消滅的敵人超過己方的損失。張騫的大軍趕到，匈奴軍撤圍而去。漢軍無力追擊，撤兵而還。據(jù)漢律：博望侯張騫貽誤軍機，應(yīng)處死，贖身后成為平民。李廣功過相抵，沒有封賞。
票騎將軍霍去病深入匈奴二千余里，與迷失方向的公孫敖失去聯(lián)絡(luò)，未能會師。但霍去病率領(lǐng)部隊跨越居延海，向西南沿弱水經(jīng)過小月氏，向東抵達祁連山，生擒單桓、酋涂二王，丞相、都尉率眾二千五百人投降，斬殺30200人，俘獲小王七十余人。漢軍損失了十分之三。漢武帝為霍去病增加食邑五千戶，封其部下有功將領(lǐng)鷹擊司馬趙破奴為從票侯，校尉高不識為宜冠侯，校尉仆多為渠侯。合騎侯公孫敖因中途逗留，未能與霍去病會合，本應(yīng)處斬，贖身后成為平民。
渾邪王、休屠王被漢軍擒殺了好幾萬人，單于十分生氣，想將他們召到王庭處死。渾邪王與休屠王計劃投降漢朝，漢武帝擔(dān)心他們是用詐降手段偷襲邊塞，便命霍去病率兵前往迎接。休屠王對降漢后悔，渾邪王將他殺死，吞并其部眾?；羧ゲ《牲S河，與渾邪王所部遙遙相望。渾邪王部下見到漢軍，很多人不愿投降而逃走?；羧ゲ】v馬馳入渾邪王大營，與他相見，將他企圖逃跑的部下八千人斬殺，又派渾邪王一人乘傳車前去面見武帝。同時命其部下全部渡過黃河，投降的四萬余人。渾邪王到長安，漢武帝封為漯陰侯，食邑一萬戶，其部下小王呼毒尼等四人全都被封為列侯。又增加霍去病食邑一千七百戶。休屠王太子金日?和他的母親閼氏、弟弟金倫都被罰為官府奴隸，派到屬于少府管轄的黃門養(yǎng)馬。
漢武帝將歸降的渾邪王部屬分別遷徙到沿邊五郡的舊要塞之外，全部在黃河以南，保持他們原有的風(fēng)俗習(xí)慣，設(shè)立五個“屬國”。從此，金城河西岸，傍南山直到鹽澤一帶，便沒有了匈奴人。同年，漢朝在此地置酒泉郡。分酒泉郡東部置張掖郡，分酒泉郡西部置敦煌郡。以休屠王領(lǐng)地為武威郡。
漢武帝于是派遣大將軍衛(wèi)青率軍出定襄，改令霍去病統(tǒng)領(lǐng)代郡的另一路精銳，以期他更為信任的年輕將軍霍去病能生擒單于。
衛(wèi)青率前將軍李廣、左將軍公孫賀、右將軍趙食其、后將軍曹襄等出塞后，得知單于并未東去，遂自領(lǐng)精兵疾進，令李廣、趙食其從東路迂回策應(yīng)。衛(wèi)青行千余里，穿過大漠，與早已布陣的單于本部接戰(zhàn)，衛(wèi)青先以武剛車環(huán)繞為營，穩(wěn)住陣腳，隨即遣5000騎出戰(zhàn)。至日暮，大風(fēng)驟起，沙石撲面，衛(wèi)青乘勢指揮騎兵從兩翼包圍單于。單于見漢朝軍隊很多，兵強馬壯，自料難以取勝，率精騎數(shù)百，突圍向西北逃走，匈奴軍潰散。衛(wèi)青急派輕騎追擊，自率主力跟進。直至顏山趙信城，俘虜和斬殺一萬九千人，損失也大抵如此，燒其積粟還師。李廣、趙食其因迷失道路，未能與衛(wèi)青會師漠北。
霍去病率校尉李敢等出塞后，同右北平郡太守路博德部會師，在深入漠北尋找匈奴主力的過程中，霍去病攜帶少量的輜重糧草，驅(qū)使所俘獲的匈奴人為前鋒為漢兵開路，跨過大漠，過河活捉單于大臣章渠，誅殺北車耆王，又轉(zhuǎn)攻左大將雙，繳獲敵人的軍旗戰(zhàn)鼓。又越過難侯山，渡過弓盧水，抓獲屯頭王、韓王等三人，將軍、相國、當(dāng)戶、都尉等八十三人。此次遠征，霍去病所率部隊以一萬的損失數(shù)量，前后一共俘虜和斬殺70443人，左賢王部主力自此幾乎全沒?；羧ゲ》饫蔷玉闵?，禪于姑衍，臨瀚海（今俄羅斯貝加爾湖）而還。此戰(zhàn)之后，左賢王損失很大，同時失去了對烏桓的控制，漢朝得以徙烏桓于上谷、漁陽、右北平、遼西、遼東五郡塞外，為漢偵察匈奴動靜?？梢姡瑵h破匈奴左賢王地之前，經(jīng)常侵?jǐn)_上谷、漁陽、右北平、遼西等地的是以左賢王為首的匈奴人，經(jīng)此一戰(zhàn)，匈奴遠遁，漠南無王庭。