李广利认为是条奇谋，最终同意了。李陵率领五千骑兵，从居延海向北，深入敌境。一个月后，突然与一支八万人的匈奴部队遭遇，双方在浚稽山展开激战。五千步兵对八万骑兵，处在绝对的劣势中，但是在李陵的指挥下，汉军奋力拼杀，斩杀匈奴五万人。
在没有援兵援助的情况下，李陵率领的部队最终失败，李陵被俘。李陵被俘后，已经下定决心，要以死殉国。匈奴单于命令对李陵严刑拷打，他同苏武一样，抱着必死的决心，准备为国献身。
可是事情的变化如此迅速，一个噩耗传到匈奴，汉武帝听说李陵替匈奴训练士兵，将李陵三族杀害。家恨让李陵放弃了国仇，选择留在了匈奴，在记载中：
"单于壮陵，以女妻之，立为右校王，卫律为丁灵王，皆贵用事。"
