根据汉武帝变更的部署，卫青出征之地是单于本部所属的地盘。北面与西汉帝国的雁门、定襄相接壤，中间横亘着广垠无边的沙漠戈壁，位于蒙古国南部的东戈壁省、南戈壁省、戈壁阿尔泰省等省份，以及我国内蒙古自治区锡林郭勒盟的西部二连浩特一带以南，地域广阔，沙漠连绵，戈壁广布，荒无人烟，行旅断绝。
卫青率前将军李广、中将军公孙贺、右将军赵食其、后将军曹襄等出塞后，探马报告，匈奴单于并未东去，正在大漠以北张弓以待，准备与汉军决一死战。于是他果断改变部署，命令李广和赵食其率领所部从东路迂回策应，以收奇兵之效，自己则带领其余3位将军及所部兵马作为正兵，直接杀奔匈奴本部。不料，卫青兵分两路的决策却遭到了李广将军的强烈反对。
李广已经60多岁了，须发皆白，作为三朝元老，他是这次军事行动中资历最老的将军，一生与匈奴交锋，出生入死，屡踏险地，把自己的青春和热血都献给了反击匈奴的大业。按说到了这把年纪，早就该告老还乡，含饴弄孙，颐养天年了。
事实上，这次大规模的军事行动，汉武帝认为李广年齿已长，就没有打算让李广再上前线统兵作战，可是李广接连给皇帝上书，坚决要求上前线统兵打仗。汉武帝最终予以批准，李广才得到了这个披甲上阵统兵作战的机会。李广为何主动请缨出战呢？这源自于他从军多年来的一个心结，就是戎马一生，竟然没有得到封侯之赏。
早在汉文帝时期，李广以精湛的骑射功夫得到了汉文帝的赞赏，汉文帝还说，李广若是生在高祖时代，凭借他自己的本事，应该不失封侯之赏。汉景帝时期，李广跟随大军平定了七国之乱，立下了大功，可惜因为私下接受梁王的将军印，让汉景帝觉得他有心走梁王的路线，犯了政治错误，结果与封侯失之交臂。汉武帝对匈奴用兵以来，李广参与了多次大战，如前所述，时运不济，命运乖张，不是无功而返，就是遭遇敌军主力，从来没有取得过一次辉煌的战绩，也就次次与封侯无缘。
他的堂弟李蔡同他一起为汉中郎，“为人在下中”，即下等之中，差点就是下下等了，名声也远在李广之下，无论从哪个方面而言，都难以与李广相提并论，但在元朔五年他跟着卫青打了一仗，结果得到了封侯的赏赐，封为乐安侯，元狩二年代公孙弘为丞相，位至三公。最让李广难堪的是，他的部下有很多人封侯了，而李广却未得爵邑，官职也没有超过九卿。随着岁月流逝，白发渐生，暮齿渐坠，李广越来越郁结于心，难以排解。
有一次，他专门找到一个在当时很有名气的算命先生算命。这个人名叫王朔，他谈及自己的苦闷，道出了人生的困惑：“自击匈奴而广未尝不在其中，而诸部校尉以下，才能不及中人，然以击胡军功取侯者数十人，而广不为后人，然无尺寸之功以得封邑者，何也？岂吾相不当侯邪？且固命也？”对于这个问题，王朔也不好回答，就反问了一句说：“将军回想一下，这一生做过什么令自己悔恨的事情吗？”李广想了想说道：“大丈夫明人不做暗事，我一生光明磊落，行事堂堂正正。只是有一件事，我至今依然后悔不已。
那还是我当陇西太守时，当时羌族人造反，我许下优厚的条件引诱他们投降，当时来降的有多人，结果在他们投降的当天我就把他们全部杀了。”王朔顺水推舟接过话头说道：“没有比杀降人更大的罪过了。这就是你不得封侯的原因了。”李广听后，将信将疑。
这次卫青主张分兵前进，将李广调往东路，虽说是排兵布阵的职责所在，当然也有着自己的内心打算。首先，汉武帝对这次倾尽全国之力的大战非常重视，准备一举歼灭匈奴，永远除掉大汉帝国的心腹之患，可是他虽然应允李广请战的要求，但是他并不看好李广，觉得李广年纪大，时运又不好，让他打前锋可能会误事，影响了这次大战，就得不偿失了。
因此，在出征前，他就秘密嘱咐卫青，不要让李广打头阵，让他作为偏师即可，也有着体恤老将的意味。此外，卫青也有着自己的小算盘，曾经对他有过救命之恩的公孙敖在第二次河西之战中迷失了道路，被废除了侯爵之位。这次作为中将军再次出征，卫青希望在这次大战中让公孙敖打前锋，再立新功，重新获得封侯之赏，所以把李广调开。
对于李广而言，这次好不容易才得到出征的机会，也许是自己戎马生涯的最后一次机会，过了这个村，就没有这个店了。李广想再搏一次，争取立功封侯，完美结束自己的军旅生涯。而大将军安排自己作为偏师从东路进兵，东路道路迂回且遥远，水草极少，不利于大军行进，立功的机会很渺茫。所以，李广拒绝调动，愤声抗命。他说道：“臣部为前将军，今大将军乃徙令臣出东道，且臣结发而与匈奴战，今乃一得当单于，臣愿居前，先死单于。”寥寥数语，道出了李广心中的酸楚以及渴望疆场立功的强烈愿望。
卫青为人宽厚质朴，秉性纯良，性情温和，可是战场上军令如山，军令一下，三军听命，容不得半点含糊。因此，对于李广的抗命不从，卫青毫不客气，直接命令长史行文李广，命其马上回到部队，不得迟疑，否则军法从事。李广知道事情已经无可挽回，于是他也不向主帅卫青告别，满怀怒气地奔赴自己的部队，率军转向东路去了。
卫青率领大军艰苦跋涉，进入茫茫大漠，艰辛备尝，出塞一千余里，穿越浩瀚无垠的沙海和戈壁，终于走出了沙漠，来到了地面刚刚返青的沙地。大军来不及喘息，正如事先料想的那样，伊稚斜单于率领大军已经列队恭候了，两军相遇，摇旗呐喊，分外眼红，摩拳擦掌，杀气腾腾，恨不得你吃了我、我吞了你，厮杀即将展开。
卫青见敌军已经准备停当，为了防止敌军骑兵冲阵，便命令步卒用武刚车在阵前环绕为营，弓箭手以武刚车为依托，张弓搭箭，严阵以待，为全军扎住阵脚，稳住阵势，使大军得以安然休整，形成反客为主之势。然后，卫青挥鞭一指，中将军公孙敖率领部下名骑兵率先出击，向匈奴军队挑战，伊稚斜单于也命令万骑出动应战。
这是关系到两军生死存亡的一战，两军在宽阔的草原上纵横驰骋，只见骑兵奔突，搅起阵阵尘土，刀光闪闪，搅动一片杀气，弓弦作响，箭箭带去死神，两军展开了一场激烈的混战。卫青在战场上观察局势，伊稚斜单于也在拼命督战。两支大军互不相让，你来我往，以命相搏，整个战场陷入一片混战之中。
这真是一场力量与精神的较量，更是一场意志与血性的比拼。两军就这么厮杀在一起，进行激烈的混战。转眼就到了黄昏时刻，战场局势依然不明朗，双方陷入苦战之中。正在这时，一阵狂风掠过，沙地上顿时飞沙走石，沙砾扑面，天空一片昏暗，几乎对面不见人影。卫青一见，马上命令按兵不动的两翼大军从匈奴军队的两翼包抄过去，数万大军齐声呐喊，一齐冲杀过去，把匈奴军队团团包围起来，发动了总攻。
这时匈奴主帅伊稚斜单于终于顶不住了，战斗意志垮了下来。照这样打下去，匈奴军队迟早顶不住，再打下去就会成为汉军的战俘。留得青山在，不愁没柴烧，三十六计，走为上计，于是趁着乱军混战之际，伊稚斜单于坐着由6匹骡子拉着的车，带着数百名贴身护卫，趁着大军不注意，冲出包围圈，向西北方向逃窜而去。
古籍《兵法》云：“有巾有盖，谓之武刚车”。武刚车长二丈，宽一丈四，车外侧绑长矛，两侧放置盾牌，外侧有车围，上面有车盖，车如其名，既武且刚，是一种非常坚固的军用战车。武刚车用处很多，可以作为辎重车，运送士兵、粮草、武器。也可以用来冲锋，车身要蒙上牛皮犀甲，捆上长矛，有的武刚车还有射击孔，弓箭手可以在车内通过射击孔射箭，简直就是一辆古代的装甲运兵车。武刚车还可用来防守，把武刚车环扣在一起，首尾环接，转瞬间便可连成一道防线，有效阻止敌骑冲击。
天色昏暗下来，两军依然在苦苦缠斗，到处尸横遍野，血染黄沙。这时汉军左校抓到一名俘虏，经过审问得知，伊稚斜单于已经逃走了，卫青马上命人在战场上大声呼喊，“单于逃跑了。”同时命令一支军队跟踪追击，抓捕伊稚斜单于。正在苦苦支撑的匈奴军队听说单于已经逃走的消息，作战的意志迅速动摇，汉军趁势发起最后的攻击，匈奴军四散逃跑，汉军趁机砍杀，大破敌军，歼灭敌军主力1万余人。正可谓“月黑雁飞高，单于夜遁逃。欲将轻骑逐，大雪满弓刀”。
卫青挥军继续向西北纵深追击，沿途继续捕杀四处逃散的匈奴溃兵，追出多里，一直打到寘颜山（今蒙古国纳柱特山）的赵信城（今蒙古国哈尔和林市东南），这是伊稚斜单于特地为赵信修建的城池，位于鄂尔浑河南岸。此时偌大的城池里面早已空无一人，匈奴人早就跑光了。这里是匈奴人的后勤保障基地，里面储备了大量的粮食、草料，还有马匹和器械。卫青命令全军在赵信城休整了一天，补充了粮草和马匹，然后命令军队放火烧城，整个赵信城连同剩余的粮草一同化为灰烬，然后大军凯旋。王昌龄在《从军行》中写道：“大将军出战，白日暗榆关。三面黄金甲，单于破胆还。”
卫青大军回到漠南，遇上了李广和赵食其率领的军队。原来，两位将军在东路进兵途中，因为向导死亡，结果在茫茫大漠中迷失了方向，从而耽误了约定的军期，失去了与卫青会师并投身战场的机会，不但又一次错失了封侯的机会，而且还要受到军法的处置，李广心中的滋味可想而知。卫青派长史押送了大批干粮酒食送给李广所部，作为犒赏，同时要李广汇报迷失道路等情况，准备把出征情况上奏汉武帝，李广愤然不答。
长史讨了个没趣，怏怏而回，把情况向卫青汇报了。卫青大怒，再次命令长史责成李广到卫青幕府对“簿”，“簿”是指文书法令，也就是按照汉朝的军法来定李广“失道”之罪。此时的白头老将羞怒交加，把心一横，对长史说道：“诸校尉无罪，乃我自失道。吾今自上簿。”把全部责任揽到自己头上。
李广来到自己的中军大帐，对着部下长叹一声，说道：“我结发从军，到现在与匈奴接战70多次了。这次有幸跟随大将军再次出征，本想立功杀敌，可是大将军却命令我作为迂回之兵，而我却又偏偏迷失了道路，这不是天意吗？我已经60多岁了，没有脸面再受到刀笔小吏的挫辱。”说罢，面色一横，毅然拔刀自刎。一代名将，至此陨落。右将军赵食其回到京城，被交付军法审判，依照法律应当处死，赵食其交了赎金，被免除一切职务，成了平民百姓。
李广一死，部下将士痛哭失声，全军为之缟素。百姓闻之，无论认识与否，皆为之流涕叹息。既为西汉大军失去一员抗匈奴名将而惋惜，又为其时运不济而感叹。李广一生为国拼杀，威震敌胆，“但教千古英名在，不得封侯也快人”。他老来以死向命运抗争的真性情深深触动了无数文人骚客的心怀。
千百年来，无数失意文人在李广的遭遇中看到了自己的影子，暗合了自己的遭遇，以李广为题材，或歌或咏，抒发内心的感受，以他人之酒杯，浇自己心中之块垒。唐朝著名诗人王勃曾在《滕王阁序》里以“冯唐易老，李广难封”来抒发人生际遇之无常，命运之坎坷。千百年来，李广成为怀才不遇的典型，英雄末路的写照。王维更是以一句“卫青不败由天幸，李广无功缘数奇”作为这场封侯之争的点睛之笔。
这次卫青率领大军出征，一举歼灭了匈奴本部生力军1.9万人，烧毁了匈奴准备了几年的粮草，使匈奴一度处于饥寒交迫的境地。唯一美中不足的是伊稚斜单于逃脱了，这是让汉武帝很不爽的，还有一点就是李广自刎而死，卫青与李广之死不能说没有一点关系。因此，虽然卫青大军立功，但是汉武帝没有予以封赏。
