李陵抓住了机会，带着5000步兵开拔，在浚稽山安营扎寨，很快与匈奴单于王庭的3万骑兵相遇并展开了战斗。
初期的交战，李陵打得很顺手。匈奴擅长的是骑兵作战，但李陵充分利用浚稽山地形优势，再加上汉军弓弩精准的远程射杀，一度重创了对面的匈奴主力，杀伤的敌人甚至超过了己方汉军的总人数！
然而，李陵这支人马是孤军深入，且军中箭矢消耗得很快，又没有得到大后方及时的补充，所以作战时间一长，就难免陷入了弹尽粮绝、强弩之末的困境。
李陵的被拖垮，也就是时间长短、杀伤匈奴人多少的问题，因为让这支没有后勤的步军跟骑兵打消耗战，一旦军需物资耗尽，步军的所有战术动作，都是没办法跑得赢骑兵的马蹄子的。
最后的分散突围，李陵的副将韩延年战死，而主帅李陵则在被俘后投降了匈奴。这支5000人的步军精锐，成功成功突围跑回汉朝边境的，只剩下400来人。
李陵战败遭汉廷主流声讨，汉武帝选择视具体情形发展再定
李陵战败的消息传回汉廷后，武帝第一时间以为他已战死疆场，可是当得知李陵投降匈奴后勃然大怒，满朝文武顺着武帝的情绪附和，一齐出面声讨李陵，恨不得将他千刀万剐。
只有史官司马迁一个人，站出来为李陵辩护：“身虽陷败，然其所摧败亦足暴于天下。彼之不死，宜欲得当以报汉也”。在司马迁看来，李陵的投降是山穷水尽之后的无奈之举，以李陵的人品，将来他一定会寻求机会报效汉朝。
