明年春，大将军青出定襄……斩首数千级而还。月余，悉复出定襄，斩首虏万余人。苏建、赵信并军三千余骑，独逢单于兵，与战一日余，汉兵且尽。
——《汉书·卫青霍去病传》
元朔五年（前124年）秋，就在卫青率兵奇袭右贤王本部数月之后，一万多名匈奴骑兵再度侵入代郡，杀死都尉朱英，掳掠百姓一千余人。
汉武帝接到奏报后大怒，立即决定对匈奴的这次入侵展开反击。
在卫青奇袭右贤王本部之后，向北逃遁的右贤王正在忙着收拢残兵舔舐伤口，已经基本丧失了持续作战的能力。而在右贤王北逃之后，伊稚斜单于所在的单于庭侧翼便暴露了出来。
汉武帝自然不会放过这个千载难逢的机会，在与卫青等人商议之后，决定直接出兵攻打伊稚斜单于的本部兵马，作为对其频繁出兵南下劫掠的惩罚。
元朔六年（前123年）二月，为了一战将伊稚斜单于打痛、打怕，使其不敢再轻易南下劫掠，汉武帝征调十余万骑兵，交由大将军卫青统率，命其自定襄郡北上，直捣匈奴单于本部，同时以太仆公孙贺为左将军，翕侯赵信为前将军，卫尉苏建为右将军，郎中令李广为后将军，右内史李沮为强弩将军分统各军，皆隶属于大将军卫青指挥。
卫青率领大军出塞后一路北上，沿途派出大量侦骑寻找匈奴军队，然而汉军深入匈奴腹地数百里，却连匈奴主力的影子都没有找到。
正所谓“兵马未动，粮草先行”，自古以来行军打仗，粮草都是重中之重，不过为了应对匈奴来去如风的作战方式，卫青为了保持军队的机动力，并未配备后勤部队，只由士兵们各自随身携带了数日干粮。因此，当寻找匈奴主力数日未果后，卫青只得赶在军粮消耗殆尽之前，率领军队回撤。
不过，让卫青怎么也没有想到的是，自己派遣了大量侦骑苦寻数日，都没有找到的匈奴主力，却在自己率军返回的途中遭遇了。双方一场大战，汉军虽然斩敌数千，但己方损失却也不小，卫青只得率军退回定襄、云中休整。
同年四月，经过短暂休整后，卫青率六将军再次出定襄北上，寻找匈奴主力作战。
众所周知，在广袤的草原上想要寻找敌军，历来都不是件容易的事情，为了避免重蹈覆辙，卫青这次在亲率主力北上寻敌的同时，又命各将分别统率千余兵马，以主力军队为中心，向左右两翼扩大搜索范围，避免大军空耗钱粮，寻敌不得。
然而，与第一次一样，卫青率领主力一路北上，却连匈奴军队的半个影子都没有见到，左右两翼率军寻敌的公孙贺、李广等人也没有任何匈奴人的消息。
不愿再度空手而归的卫青，想起了当初自己直捣龙城的那一战，心想“既然寻敌不得，不如直捣虎穴”，遂率领主力向着单于王庭杀奔而去。
匈奴王庭不同于中原王朝的都城，有着城高墙阔的城墙保护，有屯驻于京城内外的军队驻守，即便遭遇外敌也有一定的防御能力。匈奴虽然也有自己的城市和政治中心，例如头曼城、龙城，但那些城池大多是匈奴单于举行大型政治活动或祭祀的地方。
由于匈奴逐水草而居的游牧习惯，为了迁徙方便，其所谓的王庭只有一个大致的范围，而无固定的驻地，更像是个庞大的部落，只是这个部落的规模相较于其他匈奴各部要庞大许多而已。
匈奴单于麾下虽然拥有着匈奴各部中最为强大的军队，但由于其平时放牧为民，战时应征出战的生活生产方式，其主力军队大多是由部落中的牧民所组成，因此一旦主力外出作战，整个单于庭的防御力便会迅速下降。
虽然早年卫青也曾攻破龙城，但作为匈奴祭祀之地的龙城，在不举行祭祀之时，留守该地的匈奴军队和部落实际上并不算太多。正因如此，卫青虽然成功攻破了龙城，取得了一场大胜，但也仅仅只有七百人的斩获，“龙城之战”的象征意义要远大于实际意义。
此次出战则有所不同，卫青统率的汉军主力，目标非常明确，那就是伊稚斜单于的单于庭，在无法找到匈奴主力的情况下，卫青直接选择了捣毁单于庭，摧毁直属于伊稚斜单于的匈奴部落。
单于庭虽然没有固定的驻地，但也无法做到时时刻刻迁徙，只有在一块区域的草场即将耗尽之时，才会迁徙到其他地方，因此其在某一段时间内的驻地，却是固定的。因此，在从匈奴俘虏口中得知了单于庭所在后，卫青很快便找到了伊稚斜单于牙帐所在的庞大部落。
伊稚斜单于率领匈奴主力出征之后，虽然在单于庭留下了一些留守部队，但面对卫青率领的汉军主力，单于庭的防御力无疑显得太过薄弱。当然，单于庭作为一个庞大的部落，其部落中的可战男丁数量并不算少，然而卫青岂会给他们组成军队，整军迎战的机会。
在命令军队短暂休整后，卫青趁着匈奴人尚未察觉到危险来临，便率领着汉军主力直接扑向了伊稚斜单于的牙帐。
在汉军主力的冲击下，仅凭单于庭留守的少量军队如何抵挡，仅仅片刻时间，整个单于庭便没有了成建制的抵抗，除了少数忠心耿耿的士兵仍在坚持抵抗外，大部分匈奴贵族、士兵和百姓全都四散而逃。
对于普通匈奴民众，卫青自然没多大兴趣，但对于那些在亲兵护送下远遁的匈奴贵族，卫青岂会轻易放过。
于是，卫青除了留下少量军队剿灭仍在负隅顽抗的匈奴士兵外，将主力分为数路追兵，各自领兵追击那些逃走的匈奴贵族，其中一员小将率领八百名汉军骑士，更是一连追出数百里，斩杀了大量匈奴贵族，这个人不是别人，正是卫青的外甥、初次随军出战的霍去病。
霍去病出生于汉武帝建元元年（前140年），彼时尚未入宫的卫子夫还在平阳侯府充为歌姬，其姐姐卫少儿则是平阳侯府的女奴。
当时，有平阳县小吏霍仲孺在平阳侯府做事，一来二去便和卫少儿好上了，并生下了霍去病。后来，霍仲孺当差期满，回到平阳县后便将卫少儿和尚在襁褓中的霍去病抛到了脑后，再也没有与母子两人联系，以至于霍去病从小便不知道父亲是谁。
建元三年（前138年）以后，随着卫子夫入宫受宠，得以惠及卫氏家族，卫少儿等亲属虽然仍在平阳侯府做事，但因为卫子夫的关系，却也不必再为俾为奴了，其生活境遇不仅迅速得以好转，接触人物的层级也逐渐得到提高。
卫少儿虽然与霍仲孺失去了联系，但不久便又和开国功臣、曲逆侯陈平的曾孙陈掌好上了，并最终嫁给了陈掌。
元朔元年（前128年），卫子夫被立为皇后，霍去病虽为私生子，但也因此成为了卫氏外戚的重要一员，就此过上了上流社会的生活。后来，少年时起就“善骑射”的霍去病，受到汉武帝的欣赏，被任命为侍中，此后汉武帝便时常将其带在身边悉心教导。
元朔五年（前124年），卫青奇袭匈奴右贤王凯旋归来，年仅十七岁的霍去病跟随汉武帝前去观礼，当见到统领大军、风光无限的舅舅卫青后，心中艳羡不已，当即便起了建功立业，像舅舅那样拜将封侯的心思。
元朔六年（前123年），当卫青再度奉命领兵出征时，年仅十八岁的霍去病便也向汉武帝主动请缨，请求随军出征，甚至甘愿做舅舅的一个马前卒。
见在自己身边成长起来的霍去病有这等雄心壮志，汉武帝也欣慰不已，当即便同意了下来，下诏任命霍去病为剽姚校尉，让其跟随卫青出征。卫青受诏之后，便将霍去病带在了身边，让其接受战场历练的同时，又时时亲自教导于他。
当卫青击溃匈奴单于庭的守军之后，见到匈奴已经没有了一战之力，便也拨给了霍去病八百骑士，让其率兵追击那些逃走的匈奴贵族。
卫青本是让霍去病充分得到战场历练，却没想到立功心切的霍去病竟然一路追出去数百里，仅凭八百人便斩杀和俘虏了二千零二十八人，不仅斩杀了伊稚斜单于祖父辈的籍若侯产，甚至还俘虏了匈奴相国、当户等高级官员，以及伊稚斜单于的叔父罗姑比等贵族。
就在卫青率领汉军主力大杀四方之时，被他派出去寻敌的其他各路将领，却因此遭了殃。
李广、公孙贺、李沮等人尚算幸运，虽然没有找到匈奴军队，但也没有遇到危险，而合军一处的右将军苏建和前将军赵信可就没有那么幸运了，就在卫青率领主力直奔单于庭后不久，他们便遭遇了匈奴主力大军。
苏建和赵信虽然合兵一处，但其总兵力也不过三千余人，面对数万匈奴主力大军，又如何是其对手。双方激战一天，纵使苏建和赵信率兵拼死作战，却仍然无法突破匈奴大军的围困，所统率的三千余骑更是几乎伤亡殆尽，在突围无望，又外无援军的情况下，苏建最终弃军而逃，仅以身免，而赵信则被迫投降匈奴。
等到卫青班师而还，这才见到了逃出重围的苏建，得知了事情的经过。针对苏建弃军而逃的行为，卫青征询军正闳、长史安和议郎周霸等人意见。
周霸说，“大将军自出征以来，还从未杀过副将，如今苏建弃军而逃，可以斩杀苏建，以彰显大将军的威严”。
对于这一意见，军正闳、长史安却表达了不同意见，他们说道，“兵法有言‘小敌之坚，大敌之禽也’。苏建以数千军队抵挡匈奴单于数万兵马，奋战一天多，在军队伤亡殆尽的情况下，也没有背叛朝廷投降，已经算是尽力了。如果将其杀掉，这岂不是告诉将士们，一旦打了败仗就不可返回朝廷吗？”
卫青思虑一番后说道，“我以皇亲身份在军中当官，怎么会没有威严，以斩杀大将来树立个人的威严，未免有失人臣之本。何况，虽然我有斩杀有罪将领的职权，但也不敢擅自在外斩杀大将，还是应该将情况呈报天子，让天子自己裁决，如此才算不失臣子本分？”
于是，卫青命人将苏建关押起来，派人将其押赴京城，交由汉武帝处置。
此战，汉军虽然斩敌一万九千余级，并俘获了大量匈奴贵族和官员，但鉴于苏建、赵信两路军队的损失，汉武帝最终还是以“失两将军，亡翕侯，功不多”为由，只赏赐给了卫青千金，其余各路将军皆无赏无罚，只有霍去病因为表现突出，因功获封冠军侯。苏建则在出钱赎罪后，被废为平民。
至于投降的前将军赵信，他本就是匈奴小贵族，后因战败投降汉朝，被封为翕侯。赵信投降之后，伊稚斜单于因为他久在汉军任职，熟悉汉朝军情，因而对其颇为重视，不仅将其封为了“自次王”，还将自己的姐姐嫁给了他，企图利用他对汉军的熟知来对抗汉军。
赵信感念伊稚斜单于对自己的后代，尽力替其谋划，他分析后认为，凭借汉朝此时的国力和军力，随时可以出兵袭击匈奴腹地，单于庭继续设立在漠南地区已经毫无安全可言，因此建议伊稚斜单于离开阴山地区，将单于庭向北迁徙。如此，汉朝即使想要再度进攻单于庭，等到千里迢迢赶到，士兵也早已疲惫不堪，匈奴即使兵力不占优，也可凭借以逸待劳的优势一战。
在右贤王驻地和单于庭接连遭受汉军打击的情况下，伊稚斜单于认为赵信的建议并非没有道理，于是下令单于庭北迁至龙城以东（今蒙古乌兰巴托一带）。
与此同时，同样遭受惨痛打击的右贤王，也不得不将王庭向北迁徙，并最终迁徙到了甘微河流域（今蒙古乌里雅苏台一带）。而随着匈奴王庭的北迁，匈奴对于西域地区的控制开始有所松动。