左贤王的部队，平时训练有素，为了抵御汉军的进攻，设置了一道严密的防线。防线的第一排是手拿盾牌的士兵，后边是两排步兵弓箭手和骑兵弓箭手，再往后就是人数众多的步兵和骑兵。一旦汉军发起进攻，第一排士兵拿盾牌挡住汉军箭支，保护弓箭手向汉军射击，骑兵射手则从马背上射击，这样射击面大，而且箭支密集，很有杀伤力。一旦汉军攻到近处，后边的骑兵便可冲上来厮杀。
左贤王见情况危急，急忙命令骑兵发起冲锋，可是战马冲到武刚车面前，无法跃过，纷纷受阻。这时，汉军弓箭手立即拉弓搭箭，箭像下雨一般射向匈奴军，骑兵纷纷落马，战马四处乱窜，踩踏着后面跟上来的步兵，一时间匈奴军乱作一团。左贤王一看大事不好，带头向后逃窜，匈奴大军跟着四散奔逃。
霍去病下令汉军奋力追击，一直追杀了五百多千米。左贤王的主力被彻底打败，伤亡七万余人。最后，霍去病大军在蒙古高原北部胜利会师，他命令在狼居胥山建立一个纪念台，同时在姑衍山下修了一个祭天台，祭告天地，慰藉壮烈牺牲的将士。随后，霍去病大军凯旋，胜利结束了漠北之战。
