一路上翻越了险峻的乌戾山,跨过了奔腾的狐奴水,转战六日,厉兵匈奴五部,势不可当,差一点儿活捉了单于的儿子。
按照汉武帝的精心谋划,汉军采取了声东击西的战术,突然挥戈北上,甩开了匈奴右贤王的主力,越过焉支山(甘肃永昌县西,山丹县东南),挺进一千余里,直插匈奴休屠王领地之腹心,在皋兰山(甘肃兰州市南)下同匈奴展开恶战。鼙鼓咚咚,矢镝乱鸣,血雨横飞。汉军轨杀匈奴折兰和卢侯两个部落的首领,活捉了浑邪王的儿子以及相国、都尉,杀死匈奴人众八千九百六十人,还缴获了休屠王祭天用的金人。这在精神上对匈奴也是沉重的打击。汉军虽然战果辉煌,损失也很惨重,班师还朝的只有千余人,与匈奴伤亡相差无几。尽管如此,汉武帝对自己的亲戚仍然褒扬有加,增封霍去病二千二百二十户。将休屠王的金人像陈列在甘泉宫,作为胜利的纪念。