自西汉立国以来，匈奴便始终是西汉最大的威胁，然而由于早期国力问题，从汉高祖刘邦开始，西汉便始终对匈奴采取和亲政策。直到汉武帝时期，在经过近七十年的积累之后，西汉才具备了与匈奴的一战之力。因此，汉武帝在位期间，在四十多年的时间里，曾先后对匈奴发动十余次进攻，基本瓦解了匈奴对西汉的威胁。
1、元光二年（前133年）：马邑之谋。大行令王恢根据商人聂壹的建议，向刘彻提出“马邑之谋”，即利用聂壹常在边境做生意的优势，假意献出马邑，诱使匈奴单于率兵入京，然后在马邑谷中设伏歼灭匈奴大军。
同年六月，汉武帝调集30万大军，命护军将军韩安国、骁骑将军李广、轻车将军公孙贺率主力埋伏于马邑附近的山谷，将屯将军王恢与材官将军李息率军3万从侧翼袭击匈奴粮草并切断退路，并令商人聂壹前往匈奴诱敌。然而，由于计划不周，匈奴单于并未上当，计划最终失败，王恢下狱自尽。
2、元光六年（前129年）：龙城之战。“马邑之谋”后，汉匈之间摩擦日益严重，该年匈奴兴兵入侵上谷郡，汉武帝命车骑将军卫青出上谷，骑将军公孙敖出代郡，清澈将军公孙贺出云中，骁骑将军李广出雁门，各领骑兵一万，兵分四路迎击匈奴。
四路大军中，卫青率兵直捣匈奴祭天圣地龙城，于“龙城之战”中歼敌七百余人。不过，除了卫青之外，公孙敖、李广两路皆战败，公孙贺则无功而返。汉武帝看到只有卫青胜利凯旋，非常赏识他，加封他为关内侯。
3、元朔元年（前128年）。该年秋，车骑将军率领三万骑兵出雁门，长驱直入，斩首和俘虏匈奴数千人。
4、元朔二年（前127年）：河南之战。匈奴再度大举入侵，先杀辽西太守，后败渔阳守将韩安国，劫掠百姓两千余人。汉武帝遂派李息自代郡出击，卫青则率大军直取匈奴主力所在的河南地（即黄河河套地区）。
卫青率兵出征后，向西绕至匈奴大军后方，抢占高阙（今内蒙古杭锦后旗），切断了驻河南地的匈奴白杨王、楼烦王与匈奴王庭的联系。之后，卫青率精锐起兵南下，完成对白羊王、楼烦王的包围，此战活捉匈奴数千人，夺取牲畜百余万，并成功控制了河套地区。
此战不仅瓦解了长期以来匈奴对长安的北部威胁，而且还为后来反击匈奴建立了前方基地，卫青因功被封长平侯。
5、元朔五年（前124年）：高阙奇袭战。该年春，汉武帝调集十余万骑兵反击右贤王，其中卫青率领三万骑兵，自高阙出发；游击将军苏建、强弩将军李沮、骑将军公孙贺、轻车将军李蔡则率兵出朔方；大行李息、岸头侯张次公率军从右北平出兵。
匈奴右贤王根本没想到汉军能主动出击，因此根本毫无防备，结果夜间遭到汉军突袭，右贤王大惊失色，连忙带着爱妾和几百起兵连夜突围逃遁。此战，汉军俘虏右贤王以下小王十余人，男女一万五千余人，牲畜达千百万头。此战后，卫青被拜为大将军，节制诸将，位在丞相以上。
6、元朔六年（前123年）：定襄北之战。该年春，汉军再度大举北进，大将军卫青指挥公孙敖、公孙贺、赵信、苏建、李广及李沮六将，分领六路大军，自定襄出发，北进数百里，“斩首数千级而还”。
战后，全军返回定襄休整，一个月后再次出塞，斩获匈奴军一万多人。然而，苏建、赵信所率的三千余骑由于遭遇匈奴单于主力惨遭战败，赵信最终投降匈奴，苏建独自逃回。此外，卫青外甥霍去病在此战中率领八百骑远追数百里，斩获匈奴两千余人，因功被封冠军侯。
7、元狩二年（前121年）春：河西之战。十九岁的霍去病被任命为骠骑将军，奉命率军攻打占据河西的浑邪王、休屠王部。该年春，霍去病率一万骑兵出陇西，转战河西五国，与匈奴单于儿子交战，几乎将其生擒。之后又越过焉支山，急行军一千余里，于皋兰山下（今兰州南部）与匈奴军激战，斩首八千九百多人，杀死匈奴折兰王、卢侯王，歼灭其精锐，浑邪王子及相国、都尉等全部被俘，并俘获了休屠王的祭天金人。
8、元狩二年（前121年）夏：第二次河西之战。第一次河西之战后，汉武帝又于同年夏命令霍去病第二次攻打河西，并命公孙敖随同出征。霍去病于是和公孙敖从北地郡率兵分路进击，公孙敖因迷路未能与霍去病会合，而霍去病则孤军深入，一路攻打追击匈奴至祁连山，俘获单于单桓、酋涂王，收降其相国、都尉以下的降者二千五百人，斩获匈奴首级三万余，生擒匈奴五王，五王母，匈奴单于的阏氏及王子五十九人，相国、将军、当户、都尉六十三。
9、元狩四年（前119年）：远征漠北。历经多次战败后，伊稚斜单于在降将赵信建议下，率部向北迁徙，希望诱使汉军深入，利用地利予以打击。该年春，汉武帝调集十四万匹战马和五十万步卒为后勤，由卫青和霍去病各率五万骑兵，兵分两路远征漠北。
卫青率前将军李广、校尉公孙敖、右将军赵食其、后将军曹襄等出塞后，探明匈奴单于动向后，率领精兵疾进，穿行千余里，与匈奴单于本部接战，单于见汉军兵强马壮，自料难以取胜，遂率精骑数百突围而走，匈奴随即大败，被歼一万九千余人。
霍去病率校尉李敢等出塞后，深入漠北寻找匈奴主力，先活捉了单于大臣章渠，诛杀北车耆王，又转攻左大将双，缴获敌人的军旗战鼓。接着又越过难侯山，渡过弓卢水，抓获屯头王、韩王等三人，将军、相国、当户、都尉等八十三人，并乘胜追杀至狼居胥山（今蒙古国境内），于狼居胥山举行了祭天封礼。在一系列激战中，霍去病以一万兵马的损失，前后斩获胡虏70443人。
此战之后，匈奴就此远遁，形成了漠南无王庭的局面。
10、元鼎六年（前111年）。漠北之战后，伊稚斜单于在降将赵信劝说下，派人向汉朝请和，双方关系缓和。之后，伊稚斜单于去世，乌维单于即位，汉武帝为迫使匈奴臣服，于该年派公孙贺、赵破奴率兵北伐，但由于匈奴早已远遁，公孙贺率兵远走二千余里，却未见匈奴一人。
11、太初二年（前103年）。乌维单于去世后，其子乌师庐“好杀伐，国人多不安”，匈奴左大都尉便想要将乌师庐杀死，并派人告知汉朝。汉武帝于是派公孙敖筑受降城准备支援，后因受降城距离匈奴王庭还是太远，便又派赵破奴率军两万出朔方郡，北上两千余里至浚稽山等候动静。然而，匈奴方面的政变失败，左大都尉被杀，乌师庐又派军追击赵破奴，并最终于受降城外四百里围歼汉军，赵破奴兵败投降。
12、天汉二年（前99年）。经过数年缓和之后，汉匈之战再起。该年，李广利奉命率三万骑兵出酒泉，于天山攻打匈奴右贤王，虽然成功斩杀匈奴一万余人，但期间李广利的军队亦被匈奴大军围困，伤亡同样极为惨重。
与此同时，因杅将军公孙敖领军出西河，与强弩都尉路博德在涿邪山会合，但无所斩获。而骑都尉李陵自请率领五千步兵出征，结果李陵在“浚稽山之战”中遭遇鞮侯单于主力，李陵兵败投降。
13、天汉四年（前97年）。汉武帝征发七科谪和勇敢士以及二十余万军队分三路进击匈奴，其中贰师将军李广利率骑兵六万、步兵七万出朔方，强弩都尉路德率万余人跟在后面接应；济游击将军韩说将步兵三成出五原；因杅将军公孙敖将一万骑兵、三万步兵出雁门。
匈奴单于闻汉大军将至，急将其老弱民众和牲畜撤退到余吾水以北，亲率十万骑兵待于余吾水南迎战。李广利军至余吾水，与单于骑兵交战十余日，败阵而归。韩说所部未遇匈奴，无所得而归。公孙敖部与匈奴王贤王交战，亦不利而还。
14、征和三年（前90年）。匈奴入侵五原、酒泉，掠杀边民，两地守军皆战败，领兵都尉战死。三月，汉武帝命李广利率兵七万出五原迎击匈奴，匈奴派右大都尉与卫律率五千骑兵在夫羊句山狭备战汉军，李广利派遣属国胡骑二千与匈奴军接战，匈奴败退，死伤者数百人。汉军乘胜追击至范夫人城，匈奴四散奔逃，不敢与汉军对抗。
与此同时，御史大夫商丘成率兵四万出西河，与匈奴在浚稽山激战九日，匈奴战败，收兵退走。而重合侯莽通则率兵四万远出酒泉千余里，匈奴派大将偃渠与左右呼知王率二万余骑对阵汉兵，因见汉军兵强马壮，匈奴收兵避战。
同年六月，由于拥立昌邑王刘髆事件，李广利的妻儿遭到逮捕，前线的李广利得知消息后，为立战功营救妻儿，率兵北上孤军深入，结果先胜后败，李广利兵败投降。
如上所述，在汉武帝统治期间，在历经十余次大战之后，汉武帝虽然解除了匈奴对汉朝腹心的威胁，但最终未能得到匈奴的臣服。而且，由于连年战争，导致国力损耗极为严重，以致汉武帝在政和四年（前89年）下《轮台诏》，反思并调整自己的治国策略。
