霍去病在六天之内转战五个匈奴部落，长驱直入、高歌猛进，避开了匈奴主力的正面防御，悄悄沿着焉支山，向东疾驰一千多公里来到了皋兰山下。在皋兰山下与匈奴军展开激战，这是霍去病军旅生涯中最为险要的一战。
在这场战役中，霍去病没有采纳任何的战术，以少打多，战斗进行的异常激烈和胶着。一场大战下来，霍去病一万精锐只剩下了三千余人，而匈奴方面损失更加严重，两位匈奴王战死沙场，两位王子被俘虏。霍去病斩敌八千，还缴获了匈奴用来祭天的礼器，收获颇丰。
正是通过这样一场战斗，匈奴真正领略了汉军的勇猛，汉军也切实体会到了匈奴的实力。霍去病的军队从此形成了勇猛顽强，勇往直前，不怕牺牲的强悍风格。霍去病经此一战，奠定了自己大汉第一名将的地位，在军中的威望甚至超过了他的舅舅卫青。
由于第一次河西战争的胜利，汉武帝决定趁热打铁，在同一年的夏天第二次发起了河西战争，意图完全剪除盘踞在河西的匈奴势力。这一次，霍去病担负起了汉军主攻的重任，加之李广张骞等名将随军出征，汉军阵容可谓十分强大。
