分两路出击匈奴，卫尉张骞、郎中令李广也同时从右北平分路出击。李广率骑兵四千为先锋，距大部队约数百里，张骞率骑兵万余人殿后。匈奴左贤王率骑兵四万，将李广率领的先头部队团团包围。李广的军士都感到恐惧，李广便命自己的儿子李敢独自率领数十名骑兵直穿敌阵，从敌阵左右冲出后返回。李敢向李广报告说：“匈奴兵很容易对付。”军士的情绪才安定下来。李广命部下将士面对敌军列成圆形战阵，匈奴兵向汉军阵地发起猛烈进攻，箭如雨下，汉军士卒阵亡过半，箭也快用尽了。李广便命令部下拉满弓弦，但不发射，由他亲自用特大的黄色强弓射匈奴将领，一连射死好几名，敌人的攻势才渐渐缓和下来。此时天色已晚，汉军将士全都面无人色，只有李广神情自如，更愈发加紧巡视阵地，调整部署，全军上下全都钦佩他的勇气。第二天，汉军再次奋力与匈奴兵激战，虽然死亡大半，但消灭的敌人超过己方的损失。这时，张骞的大军也赶到，匈奴军才撤围而去。汉军疲惫，无力追击，也撤兵而还。根据汉朝的法律：博望侯张骞由于行动迟缓，贻误军机，应处死，赎身后成为平民。李广功过相抵，没有封赏。票骑将军霍去病深入匈奴地区二千余里，与公孙敖部失去联络，未能会师。但霍去病率领部队跨越居延海，经过小月氏，抵达祁连山，生擒单桓、酋 涂二王，丞相、都尉率众二千五百人投降，斩杀三万零二百人，俘获小王七十余人。汉武帝增加霍去病食邑五千户，封其部下有功将领鹰击司马赵破奴为从票侯，校尉高不识为宜冠侯，校尉仆多为渠侯。合骑侯公孙敖 因中途逗留，未能与霍去病会合，本应处斩，赎身后成为平民。
当时，汉军中老资格的将领们统帅的将士、马匹、 兵器都不如霍去病，霍去病所用通常都经过挑选，但他也确敢深入敌军，经常与精壮骑兵走在大部队的前面；老天也似乎对他的部队特别照顾，从来没有陷入困绝之境。可是，老将们却经常因迟留落后而不能建功。困此，霍去病的地位越来越亲信尊贵，和大将军卫青差不多了。
匈奴军队侵入代和雁门等地，屠杀掳掠了好几百人。
江都王刘建与其父易王刘非宠爱的淖姬等人及妹妹徵臣通奸。有一次，刘建在雷陂游玩，刮起了大风，刘建命两名郎官乘小船到湖中，小船被风吹翻，二人落入水中，抓着船，在风浪中忽沉忽现。刘建看着大笑，下令不准援救，致使二人全被淹死。刘建专做荒淫暴虐之事，共有三十五人无辜遭他杀害。他知道自己罪多，怕被诛杀，便与他的妻子成光让越族婢女请神下降，对汉武帝进行诅咒。又听到了淮南、
