元朔五年（公元前124年），卫青又带着大军赶走活动于朔方郡和五原郡附近的匈奴右贤王，俘虏匈奴王子10余人，征服匈奴的地区基本上稳定下来。
元狩二年三月（公元前121年3月），霍去病亲率一万骑兵从陇西出发，发动著名的"河西战役"。汉军抵达皋兰山脚下时，正好与匈奴发生正面交战，匈奴军队败走。汉军对溃不成军的匈奴兵直追不放，越过焉支山后（今甘肃山丹县境内）又追击1000多里才归。
元狩二年（公元前121年）夏，休顿许久后，霍去病再次带着几万骑兵急行2000多里，一路达到祁连山麓，给于了匈奴军队沉重的打击。征服河西地区后，很快汉武帝又在这里设立敦煌、武威、酒泉和张掖四郡，并积极地进行移民、屯田、筑城和驻兵，为后来的西域都护府的建设奠定基础。
元狩四年（公元前119年），汉武帝让霍去病和卫青带领10多万骑兵和几十万步兵对匈奴发动汉朝与匈奴有史以来规模最大的"漠北战役"。两人打仗虽互有风格，但配合的很好，分别领着军队从定襄郡（内蒙呼和浩特东南地区）和代郡（河北蔚县）出发，在漠北会合，并对匈奴单于进行攻击。
