同时斩杀了单于的祖父，俘虏了单于的叔父，霍去病凭此战功受封为冠军侯。元狩二年，十九岁的霍去病于春、夏两次率兵出击占据河西的浑邪王、休屠王部，歼敌4万余人，迫使浑邪王率4万余众归汉。从此，汉朝控制了河西地区，打通了通往西域的道路，匈奴人为此悲歌道："失我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁妇无颜色。"
元狩四年，汉武帝命卫青、霍去病(时年22岁)各率骑兵5万，分别出定襄和代郡，深入漠北，寻歼匈奴主力。霍去病率军北进两千多里，越过离侯山，渡过弓闾河，与匈奴左贤王部接战，歼敌70400人，俘虏匈奴屯头王、韩王等3人及将军、相国、当户、都尉等83人，后乘胜追杀至狼居胥山(今蒙古肯特山)，并在狼居胥山举行了祭天封礼。
