而霍去病那一队兵马没有发现匈奴主力，霍去病估计匈奴在别的地方，果断将行军方向调换，果然遇到了匈奴的增援兵马，霍去病指挥兵马左突右杀，将援军杀的溃不成军。另一方面卫青和匈奴的战争一直打到晚上，当时风沙并起，卫青抓住机会将兵力向前推进，伊稚斜单于看到自己的兵力不足，汉军太多，于是下令撤退，匈奴在很短的时间内溃不成军。
在这次战役中，汉朝取得了非常大的胜利，但是这种胜利并不是体现在回来的军队数量上，而是收复了匈奴位于南边的肥沃土地，将匈奴赶去北方，北方土地贫瘠，并且有其他部落，大大的打击了匈奴的嚣张气焰，此战也被称作漠北之战。在这次战争中，并且汉军派出去的战马有十四万匹，但是回来的不到三万匹，有人就疑问汉军到底战死了多少。霍去病部队阵亡一万人，但是杀了匈奴七万四百四十三人，并且带回来了很多匈奴王族贵族。而卫青部队面对匈奴主力部队，汉朝军队险胜，消灭了一万九千余人，而汉军损失也相当。
这次战争的意义重大，让匈奴损失了十万大军，消灭了大部分的匈奴主力军，将匈奴赶去贫瘠之地，给大汉带来和平。
