然而就在这时，李陵军中有一个名叫管敢的军候，因受到校尉的欺辱，投降于匈奴，一一说出汉军实情:"李陵的部队没有后援，箭矢也快用完了，只有将军部下和校尉成安侯韩延年所属部队各八百人在前面开路，用黄旗和白旗作为标志。只要派精锐骑兵用弓箭射杀他们，汉军坚持不了多久的。''单于得到管敢，喜出望外，命匈奴骑兵一齐向汉军发起进攻，同时令人大声喊到："李陵、韩延年快出来投降！"又派兵截断汉军的道路，李陵受到了猛烈攻击。李陵的部队被围困在山谷之中，匈奴军在山上，从四面射箭，箭如雨下。李陵继续向南退却，还没有到达鞮汗山，一天中五十万支箭己全部用尽，于是放弃辎重车辆，继续前行。
此时军中士兵还有三千多人，用车的辐条充当武器，文职文员也手持短刀加入战斗行列。汉军退入狭谷之中，单于亲自率兵截断汉军退路，指挥匈奴兵卒将山上巨石滚入谷中，压死了汉军多数兵卒，不能前进。黄昏以后，李陵独自一人身穿便衣走出大营，只往右随从说："不要跟着我，我要独自一人生擒单于！"过了很长一段时间，李陵回到营中，叹道:"我们已经兵败，就在这里等死吧!"于是将所有的旌旗尽行砍倒，与珍宝一起埋入地下，李陵叹了口气，对部下说道:"如果再有几十支箭，我们就可以各自逃命，寄望有人能侥幸逃脱回去报告天子。"于是命将士每人身带二升干粮，一片冰，约定到遮虏障会合。
半夜时，李陵命人击鼓叫醒将士们，但战鼓已经敲破而不响了。李陵和韩延年都跨上战马，十几名壮土跟随。匈奴几千名骑兵随后追击，韩延年战死。李陵说道:"我已无颜面对皇帝陛下了！"于是投降。其他人分散突围，逃回边塞的有四百多人。
