战功显赫，公元前121年，汉武帝任命霍去病为骠骑将军，发动河西之战，攻打占据河西走廊以及湟水流域的匈奴浑邪王、休屠王部。
在这年的春季出击战中，霍去病率一万骠骑出陇西，转战河西五国，与单于的儿子交战。在6天的战役中，越过匈奴人心中的名山焉支山，歼敌近九千人，俘获匈奴祭天金人。在夏季的攻势中，霍去病俘虏匈奴五王，单于阏氏、王子59人，相国、将军、当户、都尉63人，歼敌3万余人，让匈奴的实力受到一次极大的打击。从此，汉朝控制了河西地区，为打通了西域道路奠定基础。
为了加强统治，汉武帝刘彻在霍去病攻下的河西走廊以及湟水流域设置了武威郡、酒泉郡，其后，汉武帝觉得这样管辖不力，将武威郡分张掖郡、酒泉郡分敦煌郡。于是，河西走廊地区设立了汉四郡，让河西走廊地区纳入了华夏的版图。
