匈奴俘虏错误的情报让卫青，而不是霍去病与匈奴主力相遇。卫青用武刚车(一种有边有盖的古代战车)结阵，同时派出两翼骑兵冲击匈奴骑兵。在两强相遇中，单于在汉帝国远征大军面前脱逃。这一战卫青击溃匈奴主力，并焚毁匈奴赵信城而还。
大漠以东，霍去病的5万骑兵深入匈奴境内两千余里，与匈奴左贤王部队相遇。年轻的汉朝将军以此前中原军队前所未有的进攻精神，一举俘获匈奴7万多人，并追击左贤王直至狼居胥山，封山而还。
匈奴汗国即使在冒顿单于最昌盛时，骑兵也不过30万人。此次漠北决战彻底歼灭了匈奴主力部队，从此"匈奴远遁，而幕南无王廷"。
