当时正值黄昏，又刮起了大风，一时飞沙走石，两军互相看不到对方的阵营。只是在混乱中厮杀。汉军于是益纵左右两翼围住单于。单于见汉兵大盛，士马方强，自度不能取胜，遂乘六骡战车，率数百壮骑，冲破汉围，向西北方向逃窜。当时天已昏暗，汉军与匈奴兵马陷入混战。双方互有杀伤。
汉军左校捕虏将军告诉大将军，单于已经在天未昏黑之前就向西北方向逃走，于是汉军派兵连夜追赶大将军率中军紧随其后，剩下的匈奴兵也趁乱散走。天色将明，此时已经连续急行军二百余里，却没有见到单于的身影。一路行来，捕斩首虏九千余级。遂至赵信城，得匈奴军资劳军。就地休整一日，将剩余的军资烧毁，然后回撤。
再说前将军李广，与右将军赵食其，在行军的过程中，因为军中没有向导，中途迷失了道路，没有按期与大将军会合。也就没有赶上和单于的会战。大将军引军还过幕南，才与二将相遇。
大将军使长史责问二将迷失道路的事情，急责李广的幕僚前去对簿情状。李广说：“这不是诸位校尉的罪过，是我个人的过失，我今日愿意一个人承担责任。”说完，慷慨激昂的对其麾下将士说：“我李广自结发以来，与匈奴大小七十余战，今日有幸跟从大将军出征，而大将军却令李广出东路，不能为前锋。而又半道迷失道路，贻误军机。这难道不是天意吗？李广如今已经六十余岁了，不能再去与刀笔之吏对簿公堂了。”说完长叹一声，横刀自尽了。
事出突然，诸将还没有反应过来，可怜李老将军就已经血溅当场了。
李广为人清廉正直，每得赏赐，都分散给麾下将士与士卒共饮食。为将四十余年，家无余财。其为人猿臂善射你，射无矢的。平时将兵，行至水粮乏绝之处，见水，士卒不尽饮不饮，士卒不尽食不食。士卒因此乐为其用。及闻其死，一军皆哭。百姓听说了，无分老幼，皆为其垂泣。而右将军赵食其，独下狱问罪，当为死罪，赎为庶人。
再说当初单于逃走，其手下的士兵因为与汉兵混战，未能与单于回合。其右谷蠡王收集残军，重整旗鼓，却好久没有单于的消息，以为单于已经死了，就自立为单于。又过了十余日，真单于归来，右谷蠡王就去其单于号。还政于单于。
骠骑将军骑兵车重与大将军军力相等，但却没有裨将，于是以李敢等人为大校，权当裨将。军出代地，右北平以北两千余里。隔绝大漠，遇匈奴左方兵，擒获匈奴屯头王，韩王等三人。将军，相国当户都尉八十三人。在姑衍狼居婿山封禅。然后登临瀚海。虏获七万四百四十sān_jí。天子以五千八百户益封骠骑将军。又封其所部右北平太守路博德等四人为列侯。校尉李敢为关内侯。其他大小军吏卒均赏赐有差。而大将军不得益封。其军吏卒皆无封侯者。两军出塞时，官马及私马近十四万匹。及复入塞，马不及三万匹。天子复置大司马位，大将军，骠骑将军皆为大司马。制定诏令，大将军与骠骑将军秩禄相当。自此始，大将军卫青宠幸日退，骠骑将军霍去病日益贵幸。大将军的故人及门下之士，大多去骠骑门下混事，好多人都因此得了官爵。只有任安不肯离开。骠骑将军为人寡言少语，精气内敛。天子曾要教他学习孙吴兵法，他回答说：“临阵对敌，主要看你方略如何，不一定要学习古人的兵法。”天子曾为他置办府邸，带他去看，他说：“匈奴未灭，要家室干什么？”因此皇上越加看重他。然而他因为年少显贵，不知道体恤士卒。他从军出征的时候，天子特为他派上御厨，带上数十车的山珍海味，既还军，尚余数车粱肉，而士卒有饥色。在塞外的时候，士卒乏食，而骠骑照样锦衣玉食，不为所动。大将军为人仁厚，喜士退让，以和柔自媚于皇上。两人志操就是如此。
当是之时，汉军所杀虏匈奴合计有八九万，而汉军士卒物故也有数万，此后匈奴远遁，大漠以南，再无王庭。