晚上，漢軍來到，包圍了右賢王；右賢王大驚，連夜逃跑，獨自同他的一個愛妾和幾百個精壯的騎兵，急馳突圍，向北而去。輕騎校尉郭成等追趕了幾百里，沒有追上。漢軍俘虜右賢王的小王十余人，男女萬余人，牲畜達千百萬頭。
唐朝詩人王昌齡一首《出塞》表達了對衛青這個偉大的民族英雄的尊敬。
秦時明月漢時關，萬里長征人未還。
但使龍城飛將在，不教胡馬度陰山。
元朔五年，漢武帝劉徹一直是漢承秦制，漢初一直推行秦歷——顓頊歷，以10月為歲首，漢武帝接到戰報，到軍中拜衛青為大將軍，加封食邑8700戶，所有將領歸他指揮。衛青的三個兒子被漢武帝封為列侯。長子衛伉為宜春侯，次子衛不疑為陰安侯，幼子衛登為發干侯，均食邑1300戶。
漢武帝隨后又封賞了隨從衛青作戰的公孫敖、韓說、公孫賀、李蔡、李朔、趙不虞、公孫戎奴、李沮、李息、豆如意等人。
元朔六年，春、夏，衛青為大將軍兩次領十萬騎兵出擊匈奴。殲滅匈奴軍過萬。二月，以公孫敖為中將軍，公孫賀為左將軍，趙信為前將軍，蘇建為右將軍，李廣為后將軍，李沮為強弩將軍，分領六路大軍，統歸大將軍衛青指揮，浩浩蕩蕩，從定襄出發，北進數百里。戰后全軍返回定襄休整，一個月后再次出塞，斬獲匈奴軍一萬多人。
張騫隨從大將軍出征，獲封張騫為博望侯。
衛青的外甥霍去病和無垢二人獨自領八百騎出擊，正當衛青打退匈奴主力，讓人尋找霍去病時候，霍去病和無垢二人一身是血的回來了，帶來抓住的匈奴貴族等2000余人，其中包括相國、當戶等高級官員，同時也斬殺了單于的祖父輩籍若侯產，并且俘虜了單于的叔父羅姑比，功冠全軍，滅敵人一萬九千余人，以一千六百戶受封冠軍侯。
趙信投降匈奴。
元狩二年（前121年），漢武帝任命19歲的霍去病為驃騎將軍，無垢為征北女將軍，于春、夏兩次率兵出擊占據河西地區渾邪王、休屠王部。在春季攻勢中，霍去病率一萬驃騎出隴西，轉戰河西五國，與單于的兒子交戰。再越過焉支山，6天中急行軍一千多里。
在皋蘭山下（今蘭州南部）重創匈奴，殲敵近九千人，俘獲匈奴祭天金人，因功加封食邑二千戶。在夏季攻勢中，霍去病與公孫敖率領數萬騎兵分路進軍。公孫敖迷路遲到，未能與霍去病會和。
霍去病果斷決定孤軍深入，殲敵3萬余人。俘虜匈奴五王，五王母，單于閼氏、王子五十九人，相國、將軍、當戶、都尉六十三人，讓匈奴的實力受到一次極大的打擊，又加封食邑五千戶?。
同年秋，霍去病奉命迎接率眾降漢的匈奴渾邪王。在部分降眾變亂的緊急關頭，霍去病率部馳入匈奴軍中，斬殺變亂者。渾邪王得以率四萬余眾歸漢。
從此，漢朝控制了河西地區，為打通了西域道路奠定基礎。
匈奴為此悲歌：“失我祁連山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁婦無顏色。
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”
此役后，西北邊境幾乎沒有匈奴進犯。于是減少了隴西、北地、上郡戍守之兵的一半，以此使全國百姓的徭役負擔得到寬緩。
此戰匈奴開始失去了對西域的控制。
元狩三年，秋，此時的皇宮漢武帝十分高興的犒賞眾將，漢武帝劉徹一一向眾人進酒，走到霍去病面前笑道：“朕的冠軍侯，朕，嫁個公主給你可好啊！”
“不……不……”霍去病連忙起身，看著無垢半天，不由說道：“匈奴未滅，何以家為！”