元狩四年春，汉武帝遣大将军卫青、骠骑将军霍去病各率5万骑兵及数万步兵分两路深入漠北，力求彻底歼灭匈奴主力，并组织步兵数十万、马数万匹以保障作战。西汉与匈奴的漠北战役，是汉武帝向匈奴战略进攻的顶点，也是匈奴伊稚斜单于与西汉毕其功于一役的战略大决战。
从公元前123年至公元前121年，汉匈之间接连发生河南之战、河西之战等大战役，战争的天平开始向汉帝国倾斜，尽管如此，这些战役没有使匈奴的有生力量受到重创。汉匈的恩怨远未了结。
河南之战，河西之战，匈奴失去了南下与东进的军事基地，也失去了两块水草丰美的宝地，降低了匈奴人抵抗自然灾害的能力。对匈奴来说，更大的问题是他们内部的分裂，浑邪王的投诚，带走了数万人马，几十个部落从匈奴分离出去，这使得本来就比较松散的匈奴力量，变得更加不稳。而这个恶果，将在不久的将来凸显出来。
眼前，伊稚斜单于急于与汉帝国进行一场大决战，消灭汉军，以胜利巩固匈奴内部团结，提振士气，再寻机收复失地。依照伊稚斜单于的最初想法，他要亲率匈奴大军，到长城关塞附近与汉军较量。叛而复归的“自次王”赵信在汉帝国任职多年，多次参与对匈奴的军事行动，对汉武帝的脾性，汉军的实力，还是相当了解的。
他劝伊稚斜单于，且息雷霆之怒，要稍安勿躁。他献出计策：匈奴人应该提前退到漠北地区，休养生息，以逸待劳，汉军必然会远来，匈奴人要密切注视汉军的动向，以匈奴有备之军，对付汉军疲惫之师，必然会取得胜利。伊稚斜单于内心不情愿，但还是接受了这条建议。“信教单于益北绝幕，以诱罢汉兵，徼极而取之。”然而，匈奴人又失算了。
漠北之战的布局
汉帝国也急于寻找匈奴主力决战，赵信给单于的谋划，早有间谍报告给了汉武帝，他与诸将议曰：“翕侯赵信为单于划计，常以为汉兵不能度幕轻留，今大发士卒，其势必得所欲。”物资装备，汉帝国已提前备好。出击匈奴单于主力，务必要用最得力的将军，汉武帝毫不犹豫地选择霍去病担任主攻，“捕虏言单于东”，他便将霍去病的出塞地点从定襄，改到代郡，为的是希望使用霍去病这把锋利的宝剑，直击伊稚斜大单于。
公元前119年春，汉武帝派遣大将军卫青出定襄，拨五万精骑，配步卒及役夫计数十万;骠骑将军霍去病出代郡，将五万精骑，“敢力战深入之士皆属骠骑”，配备精装甲胄，良马，威力巨大的弓弩刀矛。出战前，汉武帝命两路大军“咸击匈奴单于”，但从其调拨的人员装备，出发地点看，他还是将攻破单于主力的希望放在霍去病身上。
卫青大战单于，军至窴颜山
卫青率前将军李广、后将军曹襄、左将军公孙贺、右将军赵食其，出定襄，向北直趋千余里，越过沙漠，到达漠北戈壁。在这里，卫青军团发现了匈奴单于主力已经集结待命，等着汉军前来。“适值大将军军出塞千余里，见单于兵陈而待。”一望无际的漠北戈壁，清晨的太阳升起，照得大地暖洋洋的，微风吹拂着每一位战士的脸庞，他们个个表情严肃，精神抖擞。双方的军队在渐趋渐近，像是两片汹涌的汪洋在汇聚。
匈奴人清一色的骑兵部队，战马打着响鼻，一种跃跃欲试的状态。汉军却并不着急，卫青让步兵推着武刚战车，在中军前沿结阵，让前沿呈现出弧形阵形。武刚车，车身蒙上牛皮，前方开孔隙，捆上长矛伸出车外，车上立坚固的盾牌，弓箭手可以在车内通过射击孔射箭。卫青打破惯例，主动发起进攻。他先让五千轻骑兵向前冲。轻骑兵们驾驭战马，一路小跑地向匈奴人靠近。伊稚斜单于马上令出一个万人队，向汉军骑兵疾驰。他恨透了汉帝国，恨透了汉武帝，他要将汉军撕成碎片。
两军骑兵甫一接战，汉军掉转马头向回跑，匈奴人紧追不舍，必欲将对手置于死地。在距离本阵还有一百米时，汉军骑兵，忽然分走两翼，将中央部位显露出来，匈奴人看得很清楚，不知何时，汉军中军前沿阵地上，布满了一种奇怪的东西。
这是汉帝国最新改良的床弩，《汉书.陈球传》记载，此弩“弦大木为弓，羽矛为矢，引机发之，远射千余步，多所杀伤”，它既可射出长矛，也可射出寒鸦箭，此箭数十支齐发，杀伤面更大。匈奴“自次王”赵信，在汉朝多年，也见过这种武器，但他不信汉军能携带它，这种武器体大笨重，机动性差，移动起来非常耗费人力。
然而，赵信低估了汉帝国的实力，汉帝国幅员辽阔，人口众多，为了打嬴这一仗，汉武帝还专门调动数十万步兵、民夫一起参战，战马就有十四万匹之多。匈奴的骑兵冲向汉军阵地，箭雨迎面而来，床弩的威力巨大，一瞬间，削倒一大片冲锋骑兵。分走两翼的五千汉军轻骑兵，折回头再次杀向匈奴人，武刚车后的汉军步兵弓弩手也寻机射杀匈奴人。
伊稚斜单于大怒，再命两个万人队向前冲锋，卫青命二万重装骑兵迎战。双方混战在阵前，战斗异常激烈，汉匈军队从晨起，杀到日中，再杀到日幕，阵地中间积尸如山，不断地有战士加入战斗，战况空前惨烈。这种情况下，谁能坚持到最后，谁就能取得胜利。日幕时分，太阳西坠，突然漠北戈壁上，大风骤起，飞沙走石打得人难以睁眼。征战一天，双方军队死伤惨重，人困马乏，大风突起，战斗更加困难。但卫青认为，这是绝好机会，他马上命令左将军公孙贺、右将军赵食其率军，从两翼包抄单于大军，汉军步兵推动武刚车，将阵地前移，压向匈奴人。
《史记.卫将军骠骑列传》、《史记.匈奴列传》载：“单于视汉兵多，而士马尚强，战而匈奴不利，薄幕，单于遂乘六骒，壮骑可数百，直冒汉围西北驰去”。单于带头跑路，匈奴兵无斗志，将无战心，很快溃散。卫青催动大军继续追击伊稚斜单于，直到窴颜山赵信城，得匈奴军粮进行补给，然后放火将赵信城焚毁。此战卫青军团消灭匈奴人一万九千余人，汉军损失相当，可谓是惨胜。
霍去病大战左贤王，封狼居胥山
伊稚斜单于在与卫青军团战斗时，非常恼怒左贤王为何迟迟不来增援，按照既定的时间，左贤王理应率军出现在战场上。他有所不知，左贤王的状况比他好不了多少。骠骑将军霍去病，将五万精骑，出代郡，也向北边突进千余里，却没有发现单于主力，他估计单于主力应该是在西边。霍去病非常擅长临机决断，兵法讲，因地制宜，因时制宜，综合分析卫青军团的实力，霍去病觉得，即使自己的军团没有到位，舅舅卫青照样有能力与单于主力对抗，自己不如改变计划，直击左贤王部。
左贤王正要前去接应单于，汉军突然出现，仓促间难以应对，匈奴左贤王各部落只能各自为战，霍去病挥军在左贤王地界，左冲右杀，如入无人之境，匈奴人为之丧胆。霍去病挥军追杀逃敌，直至狼居胥山，祭祀了天神，再达姑衍山，祭祀地神，继续向北进军，到达瀚海。此战，霍去病军团损失一万余骑，杀匈奴人七万四百四十三级，匈奴章渠王、比车耆王皆战死，屯头王、韩王以及将军、相国、当户、都尉八十三名匈奴贵族被俘虏。
漠北之战的影响
漠北之战，卫青、霍去病军团，共计消灭匈奴人近十万人，再次俘获一批匈奴贵族，焚毁大批匈奴人的粮草物资。漠北之战，证明了汉帝国才是真正的狼。河南之战、河西之战，匈奴人左右贤王兵力尽损，地盘大大缩小。而漠北之战直接造成了“漠南之王庭”，匈奴人再也不敢将主力靠近汉朝北部边境，为避免再次受到重创，匈奴人开始将战略重心从汉帝国正北转向西北。
然而，也正是缘于匈奴人的转移，他们的生存环境发生了大变：漠南地区水草丰美，自然条件非常适合放牧，而且漠南区域，基本上全为匈奴所有。西北地区则不同，常常发生干旱、暴雪等天灾，对以牧为生的匈奴人，无疑是巨大的灾难，加之西北地区，国家林立，实力虽然比不上匈奴，却占有大量优质的生存资源，这些都使得匈奴人的生存环境变得恶劣起来。当生存环境不佳，生活窘迫时，内部最容易发生变乱，此后数十年，匈奴人频繁发生内乱，实力越来越弱。
但需要说明一点，匈奴人毕竟是有四百多年历史的大民族，尚武精神深入骨髓。他们的实力受到削弱，却还没有到山穷水尽的地步，与中原汉帝国的争斗，也远没有休止，直到一百余年后，东汉王朝还在与匈奴人纠缠，这个民族甚至加入到“五胡乱华”的行列，给中原地区带来巨大灾难。
漠北之战，汉帝国的损耗也很大。“两军之出塞，塞阅官及私马凡十四万匹，而复入塞者不满三万匹”。连年用兵，汉帝国出现了海内虚耗的景象，农民为逃避沉重的徭役与赋税，流离失所，成为流民。为解决窘迫的财政问题，汉武帝进行币制改革，实行盐铁专卖，进一步放开以钱赎罪制度。大将军卫青荣宠渐衰，骠骑将军霍去病日益显贵。“大将军日退，而骠骑日益贵”。
休整两年，公元前117年，汉帝国稍微恢复些元气，汉武帝再次准备对匈奴用兵，噩耗传来，大司马骠骑将军霍去病去世，年仅二十三岁。“匈奴未灭，何以家为”的豪情壮志，尤在耳边。十二年后，公元前106年，大将军大司马卫青去世。汉帝国对匈奴作战，进入了第二阶段。战争还要继续，那麽，谁才是对付匈奴的大将之才呢?