【此役过后，匈奴元气大伤，唱出了“失我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁妇无颜色”的悲歌】
【大汉成功控制了河西地区，为丝绸之路的开辟奠定了坚实基础】
同年夏，汉武帝命令霍去病第二次率军出击河西地区，并派合骑侯公孙敖随同出征，发起第二次河西之战。
同时，为牵制匈奴左贤王的兵力，避免其向河西方向增援，汉武帝还派博望侯张骞、郎中令李广率万余骑兵出右北平，进击左贤王部，策应霍去病军。
霍去病与公孙敖分领数万骑兵分别由北地、陇西出塞，向西进击。
原计划两军在塞外合军后一同西进，然而，公孙敖部途中迷失了方向，未能与霍去病军会合。
面对这一变故，霍去病没有丝毫犹豫，他果断对手下说。
“公孙将军未到，我们也不能贻误战机，按原定计划，继续前进！”
于是，他独自率领所部精锐骑兵，采用大纵深外线迂回作战。
先由今宁夏灵武渡过黄河，向北越过贺兰山，涉过浩瀚的腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠，绕道居延海，转而由北向南，沿弱水而进，经小月氏，再由西北转向东南，深入匈奴境内2000余里。
在祁连山与合黎山之间的弱水上游地区，霍去病从浑邪王、休屠王军侧背发起猛攻。
匈奴军仓促应战，阵脚大乱。
霍去病在战场上纵横驰骋，指挥若定，不断调整战术，给予匈奴致命打击。
经过激烈的战斗，汉军取得了决定性的胜利
歼敌3万余人，迫降单桓王、酋涂王及相国、都尉等2500人，俘虏5王及5王母、单于阏氏、王子59人，相国、将军、当户、都尉63人，而汉军仅伤亡3千余人。
浑邪王、休屠王率残军逃走。
【匈奴在河西地区连遭重创后，内部矛盾激化】
【浑邪王和休屠王因多次战败，惧怕被匈奴单于惩处，于是决定向汉朝投降】
【汉武帝担心其中有诈，派霍去病前往黄河岸边受降】
【霍去病率领大军渡过黄河后，发现浑邪王