由于屡次败给霍去病，驻守在河西当地的浑邪王、休屠王受到了匈奴单于的激烈谴责。两人惧怕单于兴师问罪，于是决定率众投降汉朝。为此，汉武帝将霍去病任命为受降总指挥。正所谓"受降如受敌"，霍去病并没有因为敌人放下武器便放松警惕。
果然到了半路，休屠王就变了卦，结果被浑邪王杀死。在受降仪式上，许多浑邪部落的将领不愿意投降，当他们看到汉军的队伍，纷纷准备勒马而逃。霍去病见浑邪部落阵型松动，心知有变，于是他率兵驰入敌群，斩首8000余级，顺利安定了这些降虏。
经过两次河西之战，汉朝彻底控制了河西走廊，并设立敦煌、酒泉、张掖、武威四郡。正所谓"张汉之腋，以通西域"。汉朝在霍去病的指挥下，顺利斩下匈奴的右臂，并从侧翼威胁匈奴人的侧翼。同时，汉朝攻占河西，让匈奴人失去了这片富饶的财赋之地，因此他们流着血泪哀歌道：
"失我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我妇女无颜色。"
