不过卫青等人也并未因此就小看匈奴人，他们不断派出探马查探匈奴人的消息，在焉支山附近四处搜索，选择对他们最为有利的战场！
三日之后，休屠王、昆邪王、折兰王和卢侯王终于带着六万匈奴大军来到了焉支山下！大汉和匈奴开始了自从白登之围后规模最大的军事对抗！双方一共八万大军在焉支山下展开了激烈的厮杀！
战事刚开始，匈奴人就不得不在山坡下方对他们极为不利的位置上展开了进攻，而大汉士兵们则乘着匈奴人从下向上仰攻无法发挥马力冲刺优势的机会，利用手中的大黄弩将无数只雨箭像暴雨一般朝匈奴人射去！
匈奴人的进攻在箭雨之下接连受挫！他们想从侧翼进攻，但两翼的卫青和公孙敖干净利落地截断了他们的进攻，匈奴前期投入的一万余人就这样被大汉军队吞噬干净。受此挫折匈奴人只能退兵回到营地暂且休整。
但李广可不会给他们这个喘息的机会，第二日天才微微发亮，他就带领着大汉军队向匈奴人的营地攻去！快如闪电的进攻让匈奴人乱作一团，李广更是亲手射杀了匈奴的卢侯王，吓得休屠王等人赶紧逃窜。
后继的大军乘机杀入匈奴人营中，拥有马镫和高桥马鞍的他们在短兵相接之中占尽了优势！匈奴大军被打得大败，四散而逃。
而另一边的卫青已经早就等着这时候了！他所率领的五千精锐突破了匈奴大营，直向那些逃兵追去！
三日之后，前方传来消息，休屠王被斩杀于祁连山下，昆邪王走途无路之下只好带着部众向卫青请降，唯有折兰王带着残兵败将逃往西域！
经此一战，大汉军队斩杀匈奴两万余，擒获字昆邪王及相国、都尉等匈奴贵族无数，缴获休屠王的祭天金人，牛羊马匹数以万计！自此，匈奴人完全丧失了在河西之地生存的根本。
那些尚且没有遭受到大汉打击的匈奴部落也赶紧收拾东西，赶着牛马向更西的方向退去，他们知道这片肥美的土地自此以后再也不会属于他们了！
他们一边西行一边唱着悲伤的歌谣，“失我祁连山，使我六畜不蕃息;失我焉支山，使我嫁妇无颜色！”