李陵处在山谷底，又弹尽粮绝，处于绝路之中，于是李陵决定："再有几十支箭，我们足以逃跑了，可现在无武器再战，天一亮就只有束手待擒了。不如各作鸟兽散，还可能有逃回去报告陛下的人。"他令将士们每人拿上二升干粮，一大块冰，约定在边塞遮虏鄣会合。
夜半时分，李陵与韩延年（汉朝人取名喜欢"延年、延寿"之类，翻开汉史可以看到甘延寿、罗延年等名字）一同上马，十多名壮士和他们一道冲出。匈奴数千骑兵紧追，韩延年战死，李陵长叹："我无脸面去见陛下呀！"于是下马投降了，李陵部下四散逃命，逃回塞内的仅四百余人。
李陵军的凶悍，让匈奴单于印象深刻，于是李陵得到了超高待遇。
《史记》记载是"单于既得陵，素闻其家声，及战又壮，乃以其女妻陵而贵之。汉闻，族陵母妻子"。匈奴优待李陵，将自己女儿嫁给李陵，使他显贵，汉武帝知道后，杀了李陵的母亲妻儿全家。当然，《汉书》中记载的是汉武帝以为李陵为匈奴练兵，怒而杀了李陵母亲妻儿。
