西汉武帝时对匈奴的战争明显分为两个阶段。以前119年的漠北决战为标志。之前为第一阶段，之后经17年休战，从太初二年（前103年）到征和三年（公元前90年）为第二阶段。
汉匈战争第一阶段第一阶段汉取得极大的胜利，到前119年的漠北决战则达到胜利的顶点。此战的结果是匈奴在战争中直接丧生近10万人，这对匈奴的打击是致命的，匈奴能作战的部队基本被消灭。漠北之战的结果是“匈奴远遁，而幕南无王廷”。这之后，边境不见匈奴踪迹。
在这期间，唯一的一次较大战事是元鼎五年（前一一二年）匈奴与西羌呼应入侵五原事件。汉派徐自为率十万人平定了西羌人的叛乱。对于乘机打劫的匈奴，汉的反应是：将军公孙贺、赵破虏各率军万余骑出塞数千里，结果不见匈奴一人而还。
元封元年（前110年）汉武帝巡边来到朔方，带着十八万骑兵在边境上示威。“而使郭吉风告单于。郭吉既至匈奴，匈奴主问所使，郭吉礼卑言好，曰：“吾见单于而口言。”单于见吉，吉曰：“南越王头已悬於汉北阙。今单于即前与汉战，天子自将兵待边；单于即不能，即南面而臣於汉。何徒远走，亡匿於幕北寒苦无水草之地，毋为也。”语卒而单于大怒，立斩主客见者，而留郭吉不归，迁之北海上。而单于终不肯为寇於汉边，休养息士马，习射猎，数使使於汉，好辞甘言求请和亲。”
假如这一时期汉再次对匈奴发动大规模的打击，匈奴确实难逃灭亡的命运。其原因主要有：
一、这一时期匈奴尽管态度依然傲慢，但确实没有在边境发动骚扰,说明已丧失战斗能力，幸运的是汉又发动对大宛、朝鲜、西南、南越的战争。以至没有顾的上打落水狗
二、汉在第一阶段战马损失较大，无法象原来一样进行深入打击。而汉亦马少，无以复往。
三、卫青、霍去病先后病故。“汉方复收士马，会骠骑将军去病死，於是汉久不北击胡。”

这期间，匈奴最高统治者轮换过多次，公元前一一四年，生不逢时的匈奴伊秩邪单于死去，子乌维立。乌维在位期间，同汉没有发生冲突，双方进行了一系列的劳而无功的外交交涉，汉武帝想通过外交及离间策略迫使匈奴彻底臣服，而匈奴希望通过和谈取得缓冲时间以休养生息。十年后，乌维单死，子詹师庐立，被称为儿单于。儿单于年少，喜怒无常，喜好杀人，属于暴君导致国中多不安。这样，发生左大都尉的政变阴谋。
也是在这年，汉武帝发动对西域大宛的汗血马战役，由于大宛杀汉使，导致早就想染指西域的汉朝终于找到借口进入西域。在结束西南地区的战争后，汉终于腾出手，开始实施收西域，断匈奴右的战略。通过在西域建立了据点，汉朝将匈奴势力逐步排挤出去，这个宏大的战略的确威胁到匈奴的生死存。这年冬天，匈奴遇上雪灾，牲畜冻饿死很多。这对游牧民族来说是致命，
同时漠北之战后，匈奴被迫放弃漠南，居于北方困苦之地。汉在边境堡垒林列，且多迁民，汉代的长城是用于进攻的，它是补给与挺进基地，汉军可以以此为基地打击出现漠南匈奴人，在在这种情况下，匈奴不可能漠南居住。
这这样的情况下，匈奴内部存在着亲汉派和强硬派产生了激烈的冲突。可以猜测到匈奴存在亲汉派主张妥协也解决困境，
史书中说儿单于好战暴虐，引起匈奴内部不满，推断儿单于属于强硬派，依然主张用战争走出困境。摆在面前的是一是夺回漠南地，二是在西域恢复主导权，三是必须应付汉军可能的大规模进攻。第一个问题在于匈奴必须摧毁边境堡垒，而匈奴攻城能力极弱，而汉军早已经骑兵化，在漠南与汉军进行大规模作战显然是自寻死路;
第二个问题是匈奴屡次被汉军击败，自身难保，面对咄咄逼人的汉的西域战略，汉朝有几乎无限的财力，采用对西域小国的软硬兼施的策略，西域落入汉朝之手也是迟早的事；这注定匈奴的最终命运。但是匈奴并不甘心灭亡，他们进行了极为艰难的抗争。
这年冬天，匈奴遭大雨雪，畜多饥寒死；亲汉派领袖左大都尉认为继续同汉对抗是自取灭亡，与儿单于产生冲突，儿单于年少好杀，对意见不合的人往往一杀了之，引起一部分人强烈不满。左大都尉决定采取阴谋活动杀死儿单于，考虑到自身力量的不足，派人与汉朝联络，请求接应，承若杀死儿单于后，全体降汉。这个冒险计划实际上成功的可能性并不大。虽然此前匈奴被汉多次击败，然而匈奴内部凝剧力很强，匈奴内部也未发生大的分裂，漠北之战单于与匈奴大部走散，匈奴右贤王以为单于已死，自立为单于，但单于一旦归来，右贤王自动去其号，仍为右贤王。在其后的谈判期间，在汉的压力下，和自身的极度窘迫中，匈奴依然表现出极端的自尊。
汉武帝闻讯后极为欣喜，假如这个计划能实现，汉的心腹大焕将被彻底根除。汉朝因此派因杅将军公孙敖在漠南筑受降城作为接应，受降城在现在内蒙古乌拉特地区。由于受降城离开漠北龙庭依然太远，太初二年春，汉派野侯破奴将二万骑出朔方北二千余里一直到浚稽山，这样在漠北之战之后19年汉匈双方再次爆发了大战。此时由于经过近二十年的休养生息，匈奴实力有所恢复，从漠北之战到现在，二十年后，经过将近一代人的时间，匈奴人口有一定的恢复。浚稽山战役
赵破奴是太原人。曾经逃亡到匈奴，后来归汉，投入军界。因为熟悉匈奴情况，元狩二年，在第二次河西战役中，他很幸运地在票骑将军手下担任司马，此役他跟随具有“天幸”的票骑将军斩俘两个匈奴王，杀俘数千匈奴军队，被封从票侯。但不久后因为酎金失侯。后来，汉决定经营西域，在汉使王恢的建议下，破奴率领轻骑七百人进攻楼兰，俘虏了楼兰王，顺势击破姑师国，从而打通西域的门户。应当承认，这是一个很漂亮的战役，此役后，“汉列亭障至玉门矣”，因此功被封为浞野侯。显然，他是最恰当的人选之一。这项看上去是个美差，如果顺利，他可以轻松带着单于的脑袋和数万匈奴降军回到长安接受光荣的凯旋。

浚稽山在现在阿尔泰山一带,具体位置约在今蒙古国南部鄂洛克泊南，距离赵破奴的出发地搠方有千里之遥。经过长途跋涉，汉军虽人困马乏，但终于按约定的时间到达目的地。 赵破奴焦急地等待好消息，但是，坏消息却传了过来，左大都尉已经阴谋败露，已被单于诛杀。可想而知赵破奴听到这个消息是多么沮丧。他只得带着疲乏的部队后撤。在撤退途中，匈奴追击军队抄了上来,据推测这支部队是由左贤王统帅的。赵破奴发现匈奴追击军队人数并不多，命令两万汉军列阵迎战，经过一番激战，匈奴军败退。汉军毙杀匈奴军数千人。赵破奴觉得也很满意，虽说未能实现预定目标，但也杀数千人，足够获得封赏了，看来曾几何时无敌的匈奴骑兵战力已衰落，赵破奴休整后，继续徐徐撤退。经过数日跋山涉水，距离受降城仅四百里。正当汉军行进时，忽见尘头大起，远方传来万马奔腾声音。赵破奴大惊，经验丰富的赵破奴立即明白一支庞大的骑兵部队赶过来了。赵破奴急忙命令强占有利地形，扎好营盘。因为部队已疲惫，不可能行进中和占绝对优势的匈奴骑兵对战。匈奴军很快逼近，匈奴并没有立即进攻，而是两翼展开，向汉军营垒包抄。显然，匈奴军胃口不小，企图包围汉军。赵破奴很快弄清了匈奴军的实力，他不仅倒吸一口凉气。
匈奴此次出动了八万骑兵，由单于亲自统帅。这样的规模，是汉匈开战以来少见的，考虑到匈奴的人口，可以认为匈奴出动了能出动的所有军队。赵破奴简直无法想象儿单于会如此孤注一掷。
很快夜色降临，匈奴也扎下营，等待明日再战。赵破奴很快发现犯下一个低级错误：匆忙选定的营地缺水。现在，士卒怨声载道。赵破奴只得带少数亲随出营找水。没想到水源靠近匈奴营地，赵破奴自以为熟悉匈奴，居然离开自己的大营很远去寻水，却正好与匈奴巡逻兵撞个正着，一番撕杀后，运气不济的赵破奴被匈奴兵生擒活捉。这样一来，这场战役结果就没有悬念了。冷兵器时代，一支失去主帅的军队只能是全军崩溃。
儿单于大为欣喜，急驱匈奴军趁势对汉军发动猛攻。而此时的汉军发现自己的统帅忽然失踪落入敌人手中，全军大骇。按照汉律，亡主将，军吏要被诛杀。汉律极为严苛，于是汉军的临时负责人陷入极为尴尬的局面，面对八万匈奴军的围攻，如作战生还机会渺茫，即使突围，回去后还要面对军法审判，判决的结果将是掉脑袋。经过一番争论，他们选择一个对个人而言的最优选择：全军投降！考虑到这支军队含有大量的属国匈奴人，包括部分高级军官也是匈奴降人，如后来参与刺杀单于事件并牵连到苏武的缑王，投降对他们来说并没有多大的心理障碍。
这样，经过20年休战后的汉匈第一战-浚稽山战役就这样以一场意外事件结束了。汉军两万全没，匈奴只在初期损失数千人。匈奴获胜。匈奴儿单于喜出望外，胜利的如此轻易也出乎意料。如果是硬碰硬地和汉军对仗，即使胜利，自身的损失也不会比汉军少，对此时的匈奴而言，人力是最宝贵的因素。儿单于从初战也领略汉军强悍的战斗力，这样从天掉下来的馅饼也令儿单于惊喜不己。
匈奴获得两万完好无损的汉军装备，这对缺乏资源的匈奴是一个巨大的收获。两万俘虏中有很大部分是原匈奴人，这对人力缺乏的匈奴巨大的补充。
这一战对匈奴来说是个转折点。之前，匈奴一直是从一个失败走向另一个失败，漠北之战更是把匈奴推向几乎亡国灭种的处境。这一战如果汉朝的计划成功，匈奴将提前退出历史舞台。匈奴赢得也相当侥幸，只能说幸运之神已向匈奴倾斜。
当了俘虏的赵破奴也相当不服气，赵破奴输的很窝囊，只能说他的运气真是太差了。但他在指挥上的失误也是明显大。首先他的战场感觉实在是太迟钝了，当得知左大都尉失败后，他应该立即撤退。而不是慢吞吞地回赶，结果被机动性极强的匈奴赶上被包了绞子。
赵破奴在匈奴呆了几年，如同之前的张骞和后来的苏武一样，他在当地娶妻生子，看来，匈奴对他还不错。直到天汉二年（公元前九九年）他带着在匈奴生的儿子逃归汉朝。
儿单于乘胜进攻受降城，企图拔掉插入这颗深入漠南的钉子。但是匈奴人的攻城能力太差了，还是停留在冒顿时代。以前和匈奴人作战从无胜迹的常败将军公孙敖这次得知匈奴进攻的消息，很好地做了防备，终于挡住了匈奴人的攻势。儿单于见攻城无望，只能乘好就收。
对于汉朝来说，浚稽山战役是打的最窝囊的一战，汉武帝听到后大为光火，正当他策划大规模的报复行动时，坏消息又到了。贰师将军李广利进攻大宛失利，现带着残兵败将逃归玉门关，汉武帝大怒，“而使使遮玉门，曰军有敢入者辄斩之！”。汉朝显然不可能在两个方向行动，汉武帝召集大臣开会讨论，大部分大臣都认为停止进攻大宛，专力进攻匈奴。汉武帝虽然对赵破奴的失败十分气愤，但仔细考虑后，仍然决定暂时放过匈奴，全力经营西域。其原因在于：赵破奴军虽全军覆没，但对汉朝来说，这点损失还是微不足道；匈奴虽侥幸取胜，但并未改善整体不利的战略姿态。而停止进攻大宛则意味汉放弃图谋已久的西域战略，这是无法容忍的;而且大宛这样小国都不能打下，对汉的政治形象极为不利,尽管朝臣们反对，“天子业出兵诛宛，宛小国而不能下，则大夏之属渐轻汉，而宛善马绝不来，乌孙、轮台易苦汉使，为外国笑。”，汉武帝决定大规模征兵重新进攻大宛。这样，匈奴再次幸运地逃过汉朝大规模的报复。
而匈奴受到这次胜利的鼓舞，决心继续扩大战果。第二年，儿单于打算再次进攻受降城，但不料未成行就病死。兒单于只当政三年，由于他的儿子年少，匈奴乃立其季父乌维单于弟右贤王呴犁湖为单于。这年是太初三年。
汉朝也预料到匈奴对漠南长城的攻击，这年汉派“光禄徐自为出五原塞数百里，远者千馀里，筑城鄣列亭至庐朐山，而使游击将军韩说、长平侯卫伉屯其旁，使彊弩都尉路博德筑居延泽上。”，在原来边塞前再筑一道屏障，将防线推向漠南地区。
果然这年秋天，秋高马肥时，匈奴果然大举入侵，“入定襄、云中，杀略数千人，败数二千石而去，行破坏光禄所筑城列亭鄣。又使右贤王入酒泉、张掖，略数千人。”大肆破坏眼中钉汉长城工事。
汉朝已有所防备，汉将任文帅机动兵力救援，赶走匈奴人，尽复失所得而去。
也在这一年，贰师将军李广利终于攻破大宛，斩杀大宛王，获宝马数千匹，威震西域，西域各国震于汉军军威，皆使子弟从其军来汉入质，并臣服于汉。匈奴不甘心右臂西域被汉势力插入，企图截杀归来的汉军。但毕竟汉军势大，且汉已考虑到，作了精心的部署，匈奴不得不放弃这一计划。冬天，匈奴计划再次进攻受降城，但由于单于病死而作罢。
呴犁湖单于死后，按照兄死弟立的习俗，匈奴立他的弟左大都尉且鞮侯为单于。
太初四年，在付出巨大代价后，汉终于征服了大宛，威震西域，西域国家纷纷派使节向汉进贡臣服，汉的西域战略开始见成效。这时汉可以腾出手来对匈奴算帐，汉武帝特地下诏曰：“高皇帝遗朕平城之忧，高后时单于书绝悖逆。昔齐襄公复九世之雠，春秋大之。”
刚刚即位的鞮侯单于倒是头脑清醒，明白匈奴处境不妙，加上且鞮侯刚即位很有可能地位还不太稳定，他很明智地采取了缓兵之计，主动归还以前扣留的汉使路充国等人。还对汉上书说 “我兒子，安敢望汉天子！汉天子，我丈人行也”。
这样的卑词使汉武帝的自尊心大大得到满足，于是派遣中郎将苏武带着礼品出使匈奴。
且鞮侯见汉上当，不由露出本相，正好又发生副使张胜阴谋劫持单于母阏氏事件，导致汉使节团被扣留事件。
汉武帝得知被愚弄后大怒，发兵进攻匈奴，这样，汉匈之间再次爆发大战。天山-东浚稽山战役
天汉二年（公元前九九年）五月，汉军完成集结，汉军兵分两路，主力为李广利率兵3万出酒泉击右贤王，同时派匈奴叛王介和王成娩将楼兰兵击车师；
因杅将军公孙熬与强弩都尉路博德出西河回合于涿邪山；骑都尉李陵率五千步兵出居延至东浚稽山南龙勒水，进击匈奴中部作为辅攻，以牵制匈奴本部主力回援右贤王。
李陵是飞将军李广的孙子，尽管李广享有传奇般的声誉，但一生却未能封侯，最后因“失道”负气自杀。李陵就是李广长子李当户的遗腹子。家族的荣誉和遗憾加上汉代的尚武风尚驱使李陵迫切希望在战争中一展身手获得功名。
原来李陵是作为贰师将军李广利辎重护卫军。但心高气傲的李陵耻于做辎重护军，李广利在大宛之役中的糟糕表现也让李陵瞧不上眼。于是象他的祖父一样，李陵主动请战要求独当一面做前锋。也许年轻人的勇气和他的名将世家的身份打动了武帝的心，武帝居然破例同意这一大胆的行动，但武帝不知想到“三代为将不吉利”的说法。李陵本来是希望带骑兵，但武帝以“吾发军多，毋骑予女。”拒绝了他的请求。而年少高傲的李陵为得到立功的机会，在没有马匹的情况下，率领五千步兵进击单于王庭。这五千步兵是李陵精心从荆楚勇士奇材剑客中挑选的，经过精心训练，具有极强的战斗力。李陵对他们充满信心，毫不怀疑他们能以一当十，深入王庭，立不世之功，封侯扬名，完成祖父的遗愿。
但是，五千步兵深入王庭实在是太冒险了，无异于虎口拈须，武帝也很明白匈奴人的厉害，为了保险，武帝命令强弩都尉路博德作为李陵的后援。而老资格的“南越的征服者”原伏波将军路博德也不可能容忍自己居然沦落为一个初出茅庐的小子打下手的角色，于是上奏推脱：“方秋匈奴马肥，未可与战，臣愿留陵至春，俱将酒泉、张掖骑各五千人并击东西浚稽，可必禽也。”结果这样的奏书到了武帝手中，多疑的武帝反而坏疑李陵后悔了有意教路博德上书，于是这一老一少的两“愤青”就较上劲。武帝于是下诏李陵：“以九月发，出庶虏鄣，至东浚稽山南龙勒水上，徘徊观虏，即亡所见，从浞野侯赵破奴故道抵受降城休士，因骑置以闻。所与博德言者云何？具以书对。”命令李陵独立率军至东浚稽山南龙勒水(今图音河)上，侦察匈奴动静，若不见敌，则归于受降城休整。
贰师将军李广利是武帝的宠妃李夫人之弟。李夫人极为受宠，留下了“倾国倾城”这一成语，并为武帝产下一子,封为昌邑王。不幸红颜薄命，正当妙龄的李夫人不治而亡，据说，李夫人死前，汉武帝探望，李夫人蒙被死活不让他看她的脸，别人问李夫人原因，她说：“所以不欲见帝者，乃欲以深托兄弟也。我以容貌之好，得从微贱爱幸于上。夫以色事人者，色衰而爱弛，爱弛则恩绝。上所以挛挛顾念我者，乃以平生容貌也。今见我毁坏，颜色非故，必畏恶吐弃我，意尚肯复追思闵录其兄弟哉！”。果然，李夫人死后，武帝一直无法忘记她，她的音容笑貌一直在武帝心中盘旋，于是太初元年，武帝提拔小舅子李广利为贰师将军进攻大宛，也许武帝不仅仅是满足念念不忘的李夫人心愿，也是想从外戚中提拔一位将才，再造一个卫霍。但是名将并不是这样产生的，武帝这一古怪的念头将使汉朝付出数万将士的生命代价。
汉想乘大宛之战之威，进一部扩展战果，以到达断匈奴右臂的目的。然而此时汉朝的大宛一战损失惨重，因而出动兵力不多。李陵居然只能带五千步兵进击，连马匹都没有，而且连后援也没有实际上已处于极端危险的地步。另外一个对汉军不利因素是季节的不利。汉军以前进击匈奴都是选择春天进攻，因为此时匈奴马匹刚刚过完冬，青草未长成，处于最羸弱的时候。现在正是秋天，正是匈奴草深马肥之际，从季节来看对汉相当不利。
匈奴叛王介和王成娩率领已降服的楼兰兵进攻车师，匈奴反应很敏感，右贤王立即遣数万骑救之，击败了匈奴叛王的进攻。但与此同时，贰师将军李广利已达到目的地向右贤王大举进攻。右贤王主力已派出，无力抵御，因此大败，被汉军斩杀一万人。李广利得手后便回师。然而，回路上正好遇到单于主力救援部队。单于主力部队似乎数倍于汉军，而李广利对遭遇单于主力救援也毫无防备，一开始就被打的措手不及，损失惨重。匈奴军将汉军包围，企图吃掉汉军。此时的汉军形势严峻，粮食也快完了，面临全军覆没的危险。此时担任代理司马的陇西上邽人赵充国自告奋勇带领一百勇士作为敢死队向匈奴军发动冲击。经过一番血拼这支敢死队几乎损失殆尽，才杀出一条血路。李广利率兵随后冲击，终于突围成功。这一仗汉军损失达二万人，为汉军突围立下大功的赵充国受伤二十处差点丧命。
而此时李陵五千步兵经过三十日的行军，顺利抵达目的地浚稽山宿营。路上未遇匈奴一兵一卒。李陵将一路的地形制成地图，派骑士陈步乐报汉武帝。李陵此时心情很好但也为遇上匈奴很郁闷。他不知道在他行军时单于主力部队正在与李广利鏖战。此时已经击败李广利后的匈奴骑兵已经向他铺天盖地的向他扑过来。李陵在穿越浚稽山的一山谷时，终于与单于相撞了。三万匈奴骑兵从两山之间向李陵包围而来。刚刚击败李广利的且鞮侯单于迫不急待地对李陵发动进攻，否则让汉五千步兵在匈奴腹地肆意纵横岂非屈辱大耻。好在汉军只有五千步兵，且鞮侯单于认为只需要三万骑兵不用费多大力量就可歼灭汉五千步兵。但是且鞮侯单于小看了这支步兵的战斗力，另外在山地，由于地形的限制，骑兵部队根本施展不开，无法象平地一样形成对步兵的优势。
于是一场惨烈的大战开始了。《汉书》详细地记叙了这场战斗，这也是《汉书》中对汉匈战争记述最为详细的一场战斗，这使我们对汉代战术有了充分的了解。
李陵及其副将成安侯韩延年各自有八百人是其核心精锐部队。韩延年是征服南越国的战争中殉国的原济南相韩千秋之子。
李陵以大车为营为屏障，防止匈奴军突入。其步卒列阵前行持戟盾组成密集阵，后排持弓弩在后。命令部队“闻鼓声而纵，闻金声而止。”待匈奴进入射程，汉军千弩俱发，匈奴无不应弦而倒，于是匈奴纷纷退却上山。由于地形的限制，匈奴骑兵反而跑不过步兵，汉军乘势追击，居然杀匈奴数千人。
战斗的结果让且鞮侯单于大吃一惊，他再也不敢小看这股汉军，在愤怒趋势下，他命令左右地所有部队共八万骑兵追击。汉军击退匈奴军后迅速撤退，但是步兵毕竟跑不过骑兵。匈奴军再此在一个山谷追上汉军。汉军依然采用同样的战术同匈奴军周旋。由于汉军人数少，李陵命令“卒中矢伤，三创者载辇，两创者将车，一创者持兵战”，经过激战汉军再次击败匈奴军，斩杀三千匈奴军。引兵东南，李陵巧妙地循故龙城道走了四五日，由于沿路多为山区及大泽葭苇地，地形的原因使匈奴骑兵无法实施追击。匈奴放火烧汉军，李陵亦令军中纵火以自救,。这样汉军且战且退再次向南行至山下，而此时单于已经亲率部分部队抢占了山顶，单于命令他的儿子率领骑兵从山顶向李陵军冲击。李陵反应也很及时，将部队转移到树林中，这样抵消了骑兵的冲击。此时匈奴军再次犯错，居然深入到树林中，这样骑兵的优势完全丧失，反而变成劣势，汉军步兵在树林中则灵活的多，游仞有余，这样汉军再次歼灭了数千人匈奴军。一支汉军甚至用连弩向山顶观战的单于射击，单于大惊慌忙逃走。
单于原来企图挾战胜之威一举歼灭这股孤军深入的汉军，但结果却是出乎意料，匈奴以绝对优势的兵力在五千汉军面前连连碰壁，这使单于几乎动摇了决心，他怀疑汉军是有意吸引匈奴接近边塞有埋伏的地方，但匈奴贵族们都极端不甘心这样结局，说“单于自将数万骑击汉数千人不能灭，后无以复使边臣，令汉益轻匈奴。复力战山谷间，尚四五十里得平地，不能破，乃还”
而此时汉军和匈奴骑兵连战多日。虽然汉军人数过少，情况依然危险。但汉军依然以昂扬的斗志将士气不振的匈奴骑兵击败，再次击毙二千匈奴骑兵。匈奴终于丧失了取胜的信心，已准备退军。
正当单于气馁准备放弃的那一刻，一个意外事件毁灭了李陵最后的机会。
军候管敢因犯错误被校尉责骂，居然一怒之下投降匈奴，将汉军的虚实特别是汉军没有后援的情况完全告诉匈奴。管敢的情报给几乎丧失信心的匈奴打了强心剂。管敢的投降使李陵军的形势急转而下。单于大喜，坚定了歼灭这股汉军的决心，展开疯狂的进攻。他命令骑兵部队立即对汉军发起总攻。
匈奴军毫无故忌地在山上向山谷中汉军射箭，矢如雨下。汉军拼命冲出包围，经过长途跋涉，汉军距离边塞只有百余里。但行动迅速的匈奴骑兵在离鞮汗山不远的地方再次追上汉军，而此时汉军尚剩三千余人，但是五十万箭全部用完，陷入弹尽粮绝的处境。士兵只能斩断车辐持之，军吏持尺刀，企图进入峡谷。但单于匈奴军已切断后路，汉军陷入绝境。李陵发现大势已去，感叹道：“复得数十矢，足以脱矣。今无兵复战，天明坐受缚矣！各鸟兽散，犹有得脱归报天子者。”李陵命令士兵分散突围，令军士人持二升，一半冰，约定到遮虏鄣会合。到半夜，李陵与韩延年俱上马率领跟从的壮士十几人。而此时匈奴骑兵数千人在管敢的指引下非常准确地发现了李陵本人的突围部队，这场壮烈无比的战斗次持续了很长时间，韩延年英勇战死。而李陵本人却说了一句：“无面目报陛下！”令人费解地投降了匈奴。
这场战斗终于结束，汉军步兵五千人仅有四百人突围逃到百里外的遮虏鄣。而匈奴军付出的代价更为惨重，死亡人数竟然逾万。

实际上以李陵五千步兵在没有后援的情况下深入匈奴腹地千里面临匈奴八万骑兵的围攻，其覆灭的命运从一开始就可以说定了下来。但令人惊奇的是李陵居然坚持了那么长的时间，大小打了数十战居然毫不落下风，杀敌过万，确实是一个奇迹。这一方面是李陵表现了战术天才，汉军士兵也表现出极为顽强的战斗力。
从匈奴来说，显然开始太轻敌了，居然在山地不明智地同汉军纠缠，使得匈奴骑兵和人数上的巨大优势根本无法发挥，而且后面基本上是被汉军牵着鼻子在对匈奴不利的地形上战斗，因而出现八万骑兵对五千步兵居然落下风的笑话，若不时汉军没有援军加上官敢叛变说不定这支人数少的可怜的汉军会全师而退。也许是且鞮侯单于轻易击败李广利的主力汉军对李陵这支偏师太掉以轻心了。假如且鞮侯单于头脑不发热，不急于进攻，而是等待汉军到平地上在突击肯定对匈奴有利的多。
另外一路因杅将军公孙熬与强弩都尉路博德的部队扑空，未发现任何匈奴部队空手而还。
这样，天汉二年秋天的天山-东浚稽山战役以汉军的惨败而拉下帷幕。汉军总共损失二万五千人（李广利损失二万人，李陵五千人全没）。匈奴再次赢得了胜利，但是，且鞮侯单于很可能笑不起来，这个胜利对匈奴而言是个皮洛士式的胜利。匈奴自身损失居然超过二万人（李陵部造成匈奴一万人的损失，天山战役第一阶段李广利部杀匈奴一万，第二阶段双方混战匈奴人即使按照最保守的估计也达五千人左右），很可能与汉军损失一样。这对匈奴这样一个人力极端匮乏的民族来说，这样拼下去，距离亡国灭种也不远了。