这是一场彻底的惨败，大部分汉军在当夜丧生，即使有逃生者，由于此地远离汉边境近两千里，在没有足够的给养他们也很难逃生。《史记》对这场战争以沉痛的笔调写道“得来还千人一两人耳。…汉兵之出击匈奴者不得言功多少，功不得御。”

这场战役汉朝唯一的收获是次要方向西域攻克车师，这给汉朝在西域又打下了一个锲子，使汉的势力向西域又深入一步。。

速邪乌燕然山战役的悲剧很大程度上是汉武帝自己造成。汉武帝晚年很可能陷入歇底斯里的精神不正常中，特别是巫蛊之案的杀子之痛使汉武帝陷入颠狂中，居然在李广利统帅大军在外，拘留其妻，造成军心不稳，否则，很难想象这样的低级错误会出现在智力超一流的汉武帝手上。

李广利再次显示出在指挥上的低能。宿营时居然不设工事轻易被敌人袭击造成全军崩溃。汉军最高指挥一而再的低级错误葬送了这支大军。汉军的悲剧在于李广利这样的无能之辈成为他们的统帅。

这场战役惨痛教训终于使汉武帝从晚年的不正常中清醒过来，他意识到汉帝国正面临重蹈亡秦的覆辙的可能，他及时地调整了政策。不久他下达了《轮台诏》，公开向全国反悔了自己晚年的错误，宣布停止对外征讨,而求发展耕稼及畜马,以重整武备，提拔农业专家赵过为搜栗都尉,为代田,并改良农具,使民用力少而得谷多,重整国防,奖励生产。

狐鹿姑单于大为欣喜，自汉匈开战以来匈奴取得的最大的一场胜利，狐鹿姑单于得意忘形地给汉朝写了一封级极度傲慢的书信“南有大汉,北有强胡.胡者,天之骄子也,不为小礼以自烦.今欲与汉闿大关,取汉女为妻,岁给遗我药酒万石,稷米五千斛,杂缯万匹,它如故约,则边不相盗矣.”。狐鹿姑单于同时派使节到西域大肆宣言这场胜利。对于匈奴而言，最大的收获是再次避免面临灭亡的绝境。但是匈奴尴尬地发现尽管取得这样大的胜利，但匈奴整体不利战略态势并未改善，匈奴本身伤亡也极为惨重，推断匈奴本次战役直接损失人数约为三至五万。非战场死亡更是无法计算。战争毕竟是在匈奴腹地展开，为躲避汉军进攻，匈奴不得不驱赶老弱畜产到郅居水北苦寒之地，路上伤冻人数不计其数，匈奴自身付出的代价远胜汉朝，匈奴甚至不能从这场胜利中取得任何好处来改善自己生存状态，除了这封书信外，匈奴既无力南下收复漠南水草丰美之地，甚至无力乘胜对汉边境进行袭击。从史书记载看，直到三年后（公元前八七年），匈奴人才象征性地骚扰了一下汉朔方。

尽管狐鹿姑单于以战胜者之姿态写了一封信，向汉提出种种要求，但汉武帝对此信只是一笑置之，还很有风度派使者将匈奴使节送还。