汉匈漠北战役发生于汉武帝元狩四年(公元前119年)春。汉军调集骑兵10余万、步兵数十万、预备马匹14万，卫青、霍去病各率骑兵5万，两路大军都越过了大沙漠，行进2000多里，歼灭与俘获匈奴军8万多人，汉军获得了战略决战的巨大胜利。经过此次大战，匈奴军元气大伤，匈奴部族远走漠北，漠南已无匈奴王庭。
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汉匈漠北之战的起因
西汉王朝在河西战役和接受了浑邪王所部的投降后，将他们分别安置于陇西、北地、上郡(今陕西榆林地区)、朔方、云中等五郡，定居在黄河以南塞外一带地区，称为“五属国”。这次战役和元鼎六年(公元前111年)以后，汉逐渐在河西地区设置了武威(今甘肃民勤地区)、张掖(今甘肃张掖以北)、酒泉(今甘肃酒泉)、敦煌(今甘肃敦煌西)四郡，历史上称为“河西四郡”。这样，长期被匈奴做为从西方进袭中原战争策源地的河西地区，便逐渐变成了稳定发展的农业生产地区。后来西汉王朝又迁徙关东贫民72万多人，定居于陇西、西河、上郡、北地等地区。这些措施无疑对巩固河西、河南地带，发展当地社会生产，具有长远的重大战略意义。汉王朝由于夺得了河西地区，基本扫除了西部匈奴势力，遂将陇西、北地、上郡三郡戎卒减少一半。
匈奴奴隶主统治集团对其右部的惨败已无可奈何，对日益面临汉王朝更大打击的局面也一筹莫展。这时，以前在汉匈漠南战役中投降匈奴的翁侯赵信，已娶单于姐姐为妻，深受单于器重，被匈奴当成仅次于单于的显赫人物。他向单于建议说，我大军退居大漠以北，以引诱汉军来攻，待汉军疲惫不堪之时，再行攻击，必然置汉军于死地。此建议，很受单于的重视。
匈奴伊稚斜单于对右部的被歼甚为恼怒，于汉武帝元狩三年(公元前120年)秋，以两路大军，每路各数万骑，进袭右北平和定襄郡，杀掠汉吏民1000余人而去。
汉朝消灭了匈奴的右部势力之后，解除了来自西方的威胁，但东北方的匈奴左贤王和匈奴单于本部尚拥有相当的实力，仍然是威胁汉北部边境的安全和妨碍西汉王朝统一我国北方地区的强大势力。西汉王朝为了推进我国北方地区的统一，彻底消灭匈奴贵族奴隶主政权，在经过了近两年的发展经济、改革税收、积累财富、秣马厉兵的认真准备之后，决心向匈奴单于本部和左贤王的势力发动进攻。
汉匈双方作战策划
汉武帝为确保出击漠北作战的胜利，调集了10万多骑兵，分为卫青、霍去病两大骑兵集团，并以大量步兵和14万匹马做为运送粮食、衣物、军械的运输大军。汉武帝让卫青和霍去病各领5万人马，分路进兵，并给卫青配备了久经沙场的老将李广、公孙贺和赵食其、曹襄等人为裨将，虽未给霍去病配备裨将，但霍去病的骑兵都是经过挑选的锐骑，战斗力很强。因此，汉武帝准备把最艰巨的任务交给霍去病军。原计划让霍去病兵出定襄(今内蒙古和林格尔地区)，专力攻击单于主力;以卫青军出代郡(今河北蔚县境)。以后从俘虏口供中得知单于主力在东部，又立即改由霍去病军出代郡，卫青军出定襄。
汉武帝认为，匈奴伊稚斜单于听信赵信断定汉军绝不敢进入大沙漠的判断，定会造成匈奴心理上的麻痹大意，恰是汉军深入漠北，进行出其不意而攻击的天赐良机，于是决计深入大漠以北作战。匈奴将自己的主力军，按照赵信的谋划，撤至大漠以北地区，决心利用汉军长途跋涉、疲惫不堪之时，予汉军以歼灭性打击。匈奴军自恃有大漠之天然险阻，汉军绝难渡漠北进，即令是进入漠北，也已是疲劳之师，定能被一举击灭。因而，对漠北决战，未做更充分的策划和准备。
汉匈漠北战役作战经过
汉武帝元狩四年(公元前119年)春，大将军卫青和骠骑大将军霍去病受命后，即率军北进。此时，匈奴单于主力已退至漠北，并将其军需辎重转移至更远的后方。卫青出塞后，从俘虏口中得知匈奴单于不在东面，而正在自己的方向上，遂兵分两路前进:以前军李广部与右将军赵食其部合兵一处，沿右路前进，掩护自己的侧翼，攻击单于军的左侧背，卫青自率主力沿左路向单于进击。
大将军卫青所率之军向北前进了1000多里，渡过了浩瀚的大沙漠，发现单于主力军正陈兵等待，于是卫青当即命令部队用武刚车(一种带遮盖的古战车)构成环形阵地，稳住阵脚，以防匈奴的袭击。接着，派出5000名骑兵向匈奴军进行试探性进攻。匈奴单于也派出万余名骑兵迎战汉军。两军激战至日没，突然狂风骤起，飞沙走石，双方对面不相见。卫青抓住时机，派出主力部队从左右两翼迂回包围匈奴军。伊稚斜单于见自己的部队被汉军包围，而且汉军人数众多，兵强马壮，继续作战对自己十分不利，料难取胜，乃领数百名壮骑突出汉军的包围，向西北方向逃遁。伊稚斜单于逃走，汉军开始并未发觉，两军激战至深夜，双方死伤都很惨重。后来汉军一左校从抓获的俘虏口中得知，单于已于黄昏前逃走，于是卫青急令轻骑追击，自己也立即率主力随后追赶。一直追到天亮，驰行200多里，也未发现单于的去向。这时，匈奴兵已溃散，被汉军斩杀1万多人，卫青率军追至真颜山(今蒙古纳柱特山)赵信城，缴获了匈奴屯集的粮食等军用物资，补充了自己的军队，停留了1天，放火烧毁了剩余军资和赵信城，胜利回师。
从东路出击的郎中令李广和赵食其军，由于迷失了方向，未能如期到达漠北，等卫青率军回师行至漠南时，才与李广军相遇。卫青本想委婉其词，假称命李广殿后，在漠南等候卫青主力军，谅解这位老将军。为此，先让其长史查问李广等军失期到达的原因。李广因想自己与匈奴征战一生，今天失败，岂非天意，遂对其部下说:“我与匈奴作战，共经大小70余仗，这次有幸跟随大将军出征，而大将军临时把我改为独立行动，迂回匈奴侧背，行进中我迷失了方向，延误了会师期限，不是天意吗?我今年已60多岁了，自不能受刀笔小吏的责难。”李广说罢，即自刎而死。《史记·李将军烈传》对李广自刎后士卒的悲痛情景有一段生动的记述:“广军士大夫一军皆哭。百姓闻之，知与不知，无老壮皆为垂涕。”形象地描述了人们对这位抗匈战将的深切怀念之情。
骠骑将军霍毒病军，为更有效地与匈奴作战，便挑选从骠侯赵破奴、昌武侯安稽、北地都尉邢山、校尉李敢等充任裨将，并以原匈奴降将归义侯复陆支和伊即轩等人为向导，随军负责宿营保障、寻找水源、草场等。
霍去病率军出代郡，向北进击，越过荒芜人烟的大沙漠，长驱直进2000多里，与匈奴左贤王部遭遇。霍去病军对左贤王军发动猛烈突袭，左贤王军大败，率亲信将领弃军而逃，霍去病挥军紧紧追赶，追至狼居胥山(今蒙古乌兰巴托以东)，斩比车耆，俘获匈奴屯头王、韩王等3人，将军、相国、当户、都尉等83人，俘虏和斩杀匈奴吏卒70443人，几乎全歼了匈奴左贤王的军队。
霍去病在歼灭了左贤王部后，为纪念这次重要战役的胜利，在狼居胥山上修建了一个纪念台，同时又在姑衍山(今蒙古乌兰巴托市东郊)下，修了一个祭天台场，让士卒举起火炬，祭告天地，慰藉壮烈牺牲的英灵，将士们庆祝胜利的欢呼之声响彻云霄。霍去病军满载胜利的荣誉，凯旋而归。至此，惊天动地的汉匈漠北战役，遂告结束。
匈奴伊稚斜单于突出汉军包围后，率领数百护卫骑兵狼狈逃走，匈奴贵族统治集团10多天找不到单于的下落，这时匈奴右谷蠡王自立为单于。不久，伊稚斜单于才与其溃散的军队会合，右谷蠡王不得不取消自立的单于称号。
汉武帝对漠北战役的胜利异常满意。为了表彰卫青和霍去病的赫赫战功，西汉王朝设置了大司马的官职，卫青与霍去病同时被授为大司马，其地位仅次于丞相，成为全国统率武装力量的最高官职。汉武帝对霍去病的功绩尤其赞赏，除了规定霍去病的品秩与卫青相等外，又下诏历数霍去病的功劳。汉武帝还为霍去病修造了一栋府宅，当汉武帝叫霍去病去看修得好不好时，霍去病对武帝说:“匈奴未灭，无以家为也。”这使汉武帝更深感霍去病是一位忠勇清廉的优秀将帅。不幸的是，这位仅仅度过了24个春秋的青年将领，竟于元狩六年(公元前117年)九月，也即漠北大战后的3年病逝。对霍去病之死，吏民皆悲痛不已，汉武帝特为他举行了极其庄严的葬礼，以属国之军穿戴黑衣铁甲，列队送葬，送葬队伍从长安一直排列到今陕西兴平县的茂陵墓地，长达100多里。在威严肃穆的气氛中安葬了这位叱咤风云的战将。“汉骠骑将军大司马冠军侯霍公去病墓”的巨大墓碑，现今仍然矗立于茂陵的墓地上。大将军卫青由于没能全歼单于之军，汉武帝未加封。