霍去病率汉军从陇西出塞，六天之内，过金城、令居，越乌鞘岭，穿过匈奴5个部落王国，沿途消灭抵抗者，安抚降服者。然后继续西进，过焉支山一千余里，与河西匈奴军主力接战，杀其折兰王、卢胡王，俘虏浑邪王子及相国、都尉等官，歼灭匈奴军九千人，并且缴获了休屠王的祭天金人。
浑邪王、休屠王战败逃走。这一仗，汉军深入匈奴境内两千余里，几乎贯穿整个河西走廊。
此战中，霍去病及其率领的汉朝骑兵更是血性激发，与匈奴骑兵硬碰硬的拼杀，最终班师长安的，仅有三千汉家骑兵。孤军深入本是兵家大忌，可霍去病却凭借自己的军事天分以及汉家男儿的血气，率万余汉朝战骑，纵横匈奴境内两千余里，经此一役，"冠军侯"名副其实。
同年夏，汉武帝决定乘胜追击，展开收复河西之战。武帝以骠骑将军霍去病、合骑侯公孙敖率数万骑兵出北地，分两路进击河西匈奴。以郎中令李广、卫尉张骞率部出右北平为次要出击方向，牵制匈奴左贤王。
