元狩四年，卫青、霍去病远征漠北、封狼居胥之后二十年，由于匈奴远遁，对汉朝的威胁较小，汉匈之间二十年基本无大战事。这二十年内，汉朝对东西南北其他各路蛮夷战争取的全面胜利。太初四年，汉武帝下诏:“高皇帝遗朕平城之忧，高后时单于书绝悖逆，昔齐襄公复九世之仇，《春秋》大之。”意在全面征服匈奴。
天汉二年至征和三年，汉武帝再一次发动了远征匈奴的战争。这场战争主要包括三次战役，长达十年之久。这十年的战争，不同于卫青、霍去病那十年，那十年主要是反击匈奴，迫使匈奴远走，消除匈奴对汉朝边境的威胁。而这十年，则是汉朝主动出击，征服匈奴。因此，这三场大战役，都是超远距离的远征，难度之大，亘古未有，因此，打的极其艰辛，双方损失极大，汉朝的战绩远不如二十年前辉煌。主帅贰师将军李广利，也没有赢得什么好名声，特别是最后一战，他竟然战败投降匈奴。这是怎么回事呢？
征和三年春，这是汉武帝朝最后一次远征匈奴。西汉兵分三路，贰师将军李广利率军七万出五原，直插外蒙古，御史大夫商丘成率军两万出西河，也插外蒙古，重合侯马通率军四万出酒泉，直捣天山。
商丘成所部虽然人数最少，但战果最大。他们深入数千里，一个匈奴人都没见到，于是撤退。匈奴立刻追击，已经叛国十年的叛将李陵率三万大军在浚稽山追上了商丘成。转战九天，汉军冲锋陷阵，大获全胜，匈奴损失惨重，被迫撤退。
马通进抵天山，匈奴大将偃渠，左、右呼知王带兵二万迎击。两万对四万，没有胜算，于是匈奴人果断跑了，马通无所得失。但是，为防备南边吐鲁番的车师国配合匈奴，汉朝派匈奴降将开陵侯成娩自张掖出兵，同时发动楼兰、尉犁、危须等六个城邦的军队数万人，围困并迫降了亲匈奴的车师国。
但是，李广利那边却先胜后败。
匈奴右大都尉和丁零王卫律率五千骑兵埋伏在夫羊句山的峡谷中，邀击李广利。汉军只派出两千属国胡骑就轻松突破埋伏，虏兵坏散。汉军追亡逐北，匈奴抱头鼠窜，莫敢距敌。
这时，李广利的亲家，丞相刘屈氂卷入了巫蛊之祸，李广利的家人也没能幸免，其导火索是李广利曾与刘屈氂商量拥立昌邑王为太子。为了将功赎罪，李广利决定干一票大的，他冒险深入到郅居水，即色楞格河，因为狐鹿姑单于就躲在那里。但是，等赶到的时候，单于早跑了。李广利率两万人渡河继续北上，与匈奴左贤王和左大将的两万人遭遇，一场激战，左大将战死，匈奴惨败。已经取得如此战功，可李广利还要继续追。
上下五千年，这是中国军队唯一一次打到这极北苦寒之地，快到贝加尔湖了。还要往北追，士兵的恐慌情绪开始蔓延。曾经追随霍去病的煇渠侯仆朋和军长史认为，将军怀异心，不顾实际困难深入穷追，危众求功，一定会失败，于是合谋要劫持李广利退兵。李广利杀了长史，但也不得不退军。匈奴方面认定汉军已成强弩之末，筋疲力尽，于是单于亲领五万大军尾追。汉军退到燕然山的时候，被匈奴追上了。双方决战，两败俱伤。但是，汉军已经疲惫到极限了。当夜，匈奴人兵分两路，一路在汉军前面深挖壕沟，一路绕到后面发起突然进攻。最终，汉军大败，李广利和仆朋都投降匈奴。
这一战，汉朝损失巨大。李广利的主力大军全军覆没，即便是开陵侯围困车师取胜，凯旋过程中，也因为路途艰苦，后勤难以保障，损失很大。所以，汉武帝在轮台“罪己诏”中深陈既往之悔，表示“悲痛常在朕心”，此后不复出军，休养生息。
这是匈奴一雪前耻的一战。狐鹿姑单于傲骄的说，“南有大汉，北有强胡，胡者，天之骄子也。”他要求汉朝嫁公主和亲，岁贡一万匹丝绸、一万石酒、五千斛米，否则就不客气了。
但是，匈奴盲目乐观了。前期为避汉军锋芒，匈奴举国远走，从外蒙古逃到俄罗斯，中间多次一溃千里。最终的决战，李广利固然输了，匈奴的死伤也很惨重，而且还有商丘成打的胜仗，马通也迫降了车师。匈奴取得的是惨胜。
当年冬天，连续下了几个月大雪，家畜冻死无数，又爆发了瘟疫，农作物也颗粒无收，匈奴疲极苦之，国将不国。狐鹿姑单于不得不低头求和。
所以，汉强匈弱的现实没有任何改变。最终，五十多年后，汉武帝玄孙汉元帝时，汉朝才彻底征服了匈奴。
