元朔六年（前123）春，汉朝政府在接连取得一次小胜、两次全胜后，做出了一个大胆的计划——深入匈奴的漠南地区，寻找匈奴单于庭（单于驻地，相当于首都），寻歼单于主力，让单于彻底丧失进攻汉朝本土的能力。
此次战役的总指挥一职没有悬念地落在了大将军卫青身上。为了保证远征塞外的协调与配合，此次作战，汉军将所有军队都集结在一起，统一由大将军指挥。公孙敖为中将军，太仆公孙贺为左将军，赵信为前将军，卫尉苏建为右将军，郎中令李广为后将军，李沮继续任强弩将军。总兵力十余万人，几乎全是骑兵。
为了达成战役的突然性，汉军并没有选择在匈奴已经暴露的右翼进攻，而是在朔方反击战的东西战场中间的定襄郡集结。
二月，汉军出长城进入匈奴领地，遭遇匈奴军小股部队，编制不到万骑，大概是几个千骑长在那儿例行巡逻。汉军将其全歼，但是为了保证战役的突然性，汉军果断后撤，继续休整。
休整大约个把月之后，汉军再次发起总攻。卫青显然低估了伊稚斜单于的指挥能力——这次作战的战役突然性已经为零。
汉军一路北上，果然遭遇匈奴军队的主力，卫青命令前将军赵信、右将军苏建带领两个营大约三千多骑兵（建制不是很完整，非主力）在汉军右翼掩护（左翼的右贤王部已经被歼灭），李广在后方警戒。部署完成后，汉军对遭遇的匈奴军发动突袭，歼敌上万人，匈奴军残余向北逃窜。
没想到，这并不是伊稚斜单于的主力，伊稚斜单于的本部就在这时突然出现在汉军左翼，苏建、赵信被合围。
此时，一个胡子还没长齐的少年军官找到了卫青，他叫霍去病，这年他才十八岁。霍去病是卫青姐姐的孩子，卫青是他舅舅，汉武帝是他姨父，都是实实在在的亲戚，这孩子是百分百的高干子弟。十八岁，就跟着舅舅打匈奴了，担任校尉。
“舅舅……大将军！前方的匈奴人都跑了，追啊！”
“追？左翼的苏建、赵信两个将军已经被匈奴单于的主力合围了！这时候率领主力去追击，我怕不仅苏建、赵信两人的军队保不住，就是我军也会被击溃！”
霍去病眼看着胜利，极力请求说：“大将军！让我带着我的骠姚骑兵营上吧，能追出多少是多少。”
卫青问：“你的骑兵营，现在能立马集结的还有多少？”
在过去，一场仗打下来，很少有完整的建制，并不是被消灭，而是建制被打散，难以联络，毕竟那时候没有无线电，到最后都是谁军衔高就跟着谁打，说白了最后各个方向都是听总指挥一个人的。
“我能立马集结两个部，一共八百人，两个部建制完整，没有太大伤亡。”
卫青没什么时间考虑，追击一支败退的军队，毕竟比较安全，何况可以确定匈奴军并不是假装失败。卫青同意了，骠姚校尉霍去病就这样带着八百人向北追击。
赵信、苏建与匈奴主力激战一天多。直到第二天，苏建才在汉军主力的打击下只身突围，赵信率领最后的八百人投降匈奴。也就是说，汉军整整两个将军的建制被全歼。但是匈奴军单于本部也损失数千人，尤其是上谷郡太守郝贤的出击，让伊稚斜单于猝不及防，在赵信投降后逐渐撤离战场。
现在卫青的局面很尴尬，他与单于都犯了错误。他认为他面前的这个万骑是单于本部，所以将这里作为主攻方向，其实这里只是单于的一个策应；而单于认为汉军右翼的掩护部队是汉军主力，将其合围。
然而，霍去病带着八百人回来后，尴尬气氛就一股脑儿散去了。八百人追击数百里，取得首级、俘虏一共两千零二十八人，伊稚斜单于的祖叔被斩首，并俘虏了伊稚斜单于的叔叔罗姑比，甚至俘虏了匈奴的一个当户（匈奴级别较低的诸侯王）和一个相国。
无心插柳柳成荫，汉军虽然没有达到重创单于本部的原定目标，甚至自身损失数千人，但是前后歼敌一万九千余人，并且俘虏、斩首如此多的皇室、高官，也足以让汉军士兵感到欣慰。
但是苏建的军队被全歼，这个事情还没完。苏建其实是有机会在单于合围之前与大军会合的，但是因为他在草原上迷了路，所以这个指挥不当的罪名还是有的。
卫青找来正闳、长史安两个参谋和议郎（中央禁卫军派来的顾问）周霸，问他们说：“苏建指挥不当，怎么搞？”
周霸不管其他，说：“大将军打了这么多仗了，还没杀过裨将军（副将）。现在苏建犯了错，就该杀，这样才能确定大将军的威严。”
正闳、长史安汗流满面，说：“有没有搞错啊，《兵法》上都说了‘小股军队就是再顽强，遭遇敌军的优势军队还是死路一条’，苏建带着几千人对抗匈奴的数万人，奋力作战整整一天，直到最后一兵一卒，都没有投降。现在他回来了，反而把他杀了，这不是叫后面人都学着赵信做汉奸么？”
卫青仔细考虑，想了一个两全的方法：“我卫青能够在军中任职，就不怕没有威望。周霸的建议我们无视，杀人树立威信，这不是一个臣子不该做的。就算按照我的职权可以杀苏建，但是我现在受到朝廷的尊重，要是在国境外杀了部将，是不是有点辜负甚至独断专行的味道？不如，咱们把这事告诉皇上，让皇上管去，还能让朝廷知道咱们不是那种跋扈专权的军队，多好啊。怎么样？”
于是苏建被押往长安，卫青等人率军回到了长城内。最后，苏建被贬为庶民，霍去病因为功劳封冠军侯，冠军，就是说他的功劳是全军之冠。张骞这个带路党也终于被封为博望侯，博望，就是见识渊博的意思。卫青没有加封，但是赐予了一千金的钱财。
此时的汉朝已经有些疲惫，接连发动十余万骑兵参战的战役让汉朝财政出现了问题。六月，汉朝决定执行卖爵位和赎罪的临时政策，以增加财政收入。卫青也在朝廷协助武帝主持朝政，所以与匈奴大规模的会战，也告一段落。
此时匈奴内部对赵信十分优待。作为汉朝反击以来唯一拿得出手的战果，伊稚斜单于封其为自次王，并且将自己的姐姐嫁给了赵信。赵信原本就是匈奴的一个小王，在之前的战争中投降汉军，所以对汉匈两地的情况都有所了解。
赵信向伊稚斜建议，将匈奴的单于庭迁往远离汉朝的漠北，这样可以避免汉军攻击到匈奴单于庭。就算汉军千里迢迢跨越沙漠追击到此，匈奴军以逸待劳，击败汉军也不是难事。
出于种种考虑，匈奴单于庭开始向北方迁移。从这个角度说，这次作战的目的竟然在一个叛徒的建议下达成了。
到了第二年的冬十月，武帝去今天的凤翔县南部参加祭天大典，回去的路上顺带着进行了一次狩猎，抓到了一只怪兽，据说是麒麟。所以这年被称为元狩元年。
这年，匈奴也有军队进入上谷，但是相比之前的动辄数千人被掳掠，这次数百人的损失相对来说简直不算什么了。
同时，张骞出使西南夷寻找道路前往身毒国的计划受到阻碍。为了打通西域，彻底解除匈奴势力的包围，汉朝只有在匈奴领土上撕开一个口子了。单于的北迁也让匈奴大本营与左右各部之间的距离更远，汉军完全可以组织万人规模的骑兵将其各个击破。这种规模有限的骑兵作战，任务落在了年轻将领霍去病的身上，这种事，他比较擅长。
黄河是个“几”字形，在那一撇的西面，有两座山——祁连山和合黎山（上古时代所说的昆仑山就是这里）。在两山之间，有一条天然的狭长通道，被称为河西走廊，是中原通往西域的必经之路。这里原先是一片无人区，上古华胥国时代后期，一场特大洪水淹没了中原（也淹没了伊甸园，产生了亚当夏娃），华胥带着女娲、伏羲来到这里。后来华夏先民回到了中原，月氏国在这里繁衍生息，匈奴人赶走了月氏国，这里只有少量被奴役的月氏人和大量匈奴人。
元狩二年（前121）春，汉朝对河西发起攻击，兵力一万多人，由骠骑将军霍去病指挥。这次汉军可以说是孤军深入，也有些探路性质。在河西，霍去病转战六天，将河西一带的五个匈奴部落重创，杀了折兰王、卢侯王，俘虏浑邪王的儿子，以及匈奴的都尉、相国等高官，歼敌八千九百六十余人，并且还掠夺了匈奴休屠王的祭天圣物——祭天金人。或许汉朝那时候还不知道这个祭天金人到底是什么，其实这个玩意就是希腊战神阿瑞斯的金像。从此，希腊文化在中亚和东亚的影响即将消失。
虽然汉军自身也伤亡七千余人，但是作为一次探路，这样的战果已经出乎意料了。
这年夏天，真正的河西战役开始了。骠骑将军霍去病为西线战场总指挥，公孙敖为副指挥，率领数万骑兵进攻河西。同时，为了减少匈奴在东线的威胁，并且防止匈奴左翼（此时匈奴在汉匈边境东线依然有一定的战斗力）增援河西，由郎中令李广、卫尉张骞牵制匈奴左贤王部。
为了保证河西战场的战役突然性，李广首先率领四千骑兵出塞作战，作为诱饵，吸引左贤王主力。张骞率领主力一万余人，随时准备与匈奴左贤王主力开战。
左贤王早有准备。李广进军数百里后，突然遭遇左贤王的四万大军。李广的士兵惊恐万分，没多久，李广就被左贤王合围。
李广为了稳定军心，命令他的儿子李敢进入敌阵，激励士气。李敢带着几十个骑兵冲了上去，李敢在匈奴阵的侧翼来回地打，回来后在阵前高呼：“胡人太好打啦！”
