元朔元年（前128），汉武帝派卫青率3万骑兵出雁门，将军李息出代，进攻匈奴。卫青斩敌数千人。元朔二年（前127），匈奴攻入上谷、渔阳（郡治在今北京密云西南），杀掠吏民。汉武帝命卫青率数万大军从云中（郡治在今内蒙古托克托东北）沿黄河北岸迅速向西北挺进，一举攻占军事要塞高阙（今内蒙古潮格旗东南），切断了占据河南地的匈奴白羊王、楼烦王所部与匈奴王庭间的联系。随后卫青率军又沿黄河西进，直下陇西（郡治在今甘肃临洮），完成了对白羊王、楼烦王所部的战略包围。匈奴在河南地的防务全线崩溃之后，白羊王、楼烦王只得率残部逃出塞外。卫青以收复河南地的战功，封为长平侯。丧失河南地的匈奴贵族连年率部袭扰汉边境。元朔五年（前124），汉武帝再次派遣卫青出击匈奴。卫青部经朔方（郡治在内蒙古乌拉特前旗南），出高阙，北出边塞六七百里，奔袭匈奴右贤王部成功。卫青在军中被拜为大将军，取得了统率各路诸将的权力。这次战役的胜利，确保了朔方郡的安全，又切断了匈奴单于主力与占据河西地区的休屠王、浑邪王所部的联系。元朔六年（前123），大将军卫青将6将军兵10余万骑在春二月和夏四月两次出定襄击匈奴元狩二年（前121），骠骑将军霍去病率领汉军远征。霍去病自陇西出兵，过焉支山（今甘肃山丹东南），西北行千余里，数战数捷，缴获匈奴休屠王祭天金人。同年夏季，又从北地（郡治在今甘肃庆阳西北）出击，逾居延海，南下祁连山，孤军辗转2千余里，在得（今甘肃张掖西北）一带大败匈奴军，斩杀三万二千余人，俘虏匈奴贵族59人，官吏63人。这次战役，沉重地打击了匈奴右部。同年秋，浑邪王杀休屠王，率4万余众降汉。霍去病奉命受降，又在极复杂的情况下，坚定果敢地平定了匈奴部众的内部叛乱，使安置匈奴内附的计划得以成功。汉王朝对匈奴作战的连续胜利，使得西北边境上的威胁基本解除。然而活动于汉王朝北边东部的匈奴左贤王的军队，始终没有遭受过沉重的打击，仍然在右北平（郡治在今内蒙古宁城西南）、定襄（郡治在今内蒙古和林格尔北）诸郡侵扰边地。而且匈奴主力退居大漠以北，以其具有飘忽若飞、出没无常的高度机动性方面的优势，依然威胁着汉王朝北部边地的正常的农耕生活。元狩四年（前119），汉武帝又发动了远征匈奴的规模空前的战略大决战。卫青率军从定襄出发，向北直进千余里，战胜匈奴伊稚斜单于的主力，推进到位于阗颜山（在今蒙古杭爱山南端）的赵信城。霍去病率军从代郡（郡治在今河北蔚县东北）出发，轻装疾进，长驱二千余里，在大漠击溃匈奴左贤王的主力，进军至狼居胥山（一说即今蒙古克鲁伦河之北的都图龙山），祭姑衍山（在今蒙古乌兰巴托东南）而还。