进发。
匈奴单于闻讯，转移辎重，部署精兵于大漠北缘，迎击汉军。
卫青出塞后，得知单于并未东去，遂自领精兵疾进，令李广、赵食其从东路迂回策应。卫青率部行千余里，穿过大漠，与早已布阵的单于本部接战。先以武刚车环绕为营，稳住阵脚，随即遣五千骑出战。
至日暮，大风骤起，沙石扑面，卫青乘势指挥骑兵从两翼包围单于。
单于见汉朝军队很多，兵强马壮，自料难以取胜，率精骑数百，突围向西北逃走，匈奴军溃散。
卫青急派轻骑追击，自率主力跟进。直至颜山赵信城，歼敌一万九千人，烧其积粟还师。
李广、赵食其因迷失道路，未能与卫青会师漠北。卫青命长史传唤李广到幕府，问其失道曲折欲上报天子，李广羞愤自杀。
霍去病率部出塞后，携带少量的辎重粮草，驱使所俘获的匈奴人为前锋为汉兵开路，跨过大漠，过河活捉单于大臣章渠，诛杀北车耆王，又转攻左大将双，缴获敌人的军旗战鼓。又越过难侯山，渡过弓卢水，抓获屯头王、韩王等三人，将军、相国、当户、都尉等八十三人。
此次远征，霍去病所率部队以一万的损失数量，前后一共斩获胡虏704