霍去病的出现使汉朝与匈奴的攻守易形，他打出了大汉朝的气节和威名，也让匈奴从此对汉朝越来越恐惧！

伊稚斜单于恼怒于浑邪王多次的败绩，于是想将其召至单于庭而后诛杀。

浑邪王得讯，马上联合休屠王等筹划投降汉朝事宜，并遣使告知汉廷。

武帝得到讯息后，担心这是诈降，于是在秋季命霍去病率大军迎接浑邪王等。

在汉军渡过黄河，抵达浑邪王大营附近时，浑邪王麾下部分降众不愿投降，密谋逃跑。

在此紧急的关头，霍去病率部驰入匈奴军中，与浑邪王相见，斩杀企图逃亡的军士八千人。

随后，霍去病先将浑邪王单独送往长安，再统领其部众四万余人归汉。

此役后，西北边境几乎没有匈奴进犯。

汉武帝于是减少了陇西、北地、上郡戍守之兵的一半，使全国百姓的徭役负担得到宽缓。

从此，汉朝控制了河西地区，为打通内地通往西域的道路奠定了基础。

匈奴为此悲歌道：“失我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁妇无颜色。”

元狩四年（前119年）春，汉武帝命卫青与时年二十二岁的霍去病各率骑兵五万，“步兵转折踵军数十万”，分别出定襄和代郡，深入漠北，寻歼匈奴主力。

霍去病率五万骑兵，以将军李敢等为大校，出代郡、右北平郡，北进两千多里，越过离侯山，渡过弓闾河，与匈奴左贤王部接战。

此战大破匈奴军，俘虏匈奴屯头王、韩王等三人及将军、相国、当户、都尉等八十三人。

霍去病乘胜追杀至狼居胥山，在狼居胥山举行了祭天封礼，在姑衍山举行了祭地禅礼，兵锋一直逼至北海。

此役，汉军斩首七万四百四十三级！

经此一战，匈奴被汉军在漠南荡涤，匈奴单于逃到漠北，“匈奴远遁，而漠南无王庭”，匈奴势力大为衰退。

此战后，匈奴失去对东北地区的控制。

霍去病将东北的乌桓徙居于上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东五郡塞外，为汉侦察匈奴动静。

汉朝要求其部落大人每年朝见，并置护乌桓校尉，使乌桓不得与匈奴交通。

元狩六年（前117年），因为匈奴伊稚斜单于拒绝对汉称臣，汉武帝再一次进行战争动员，决心歼灭单于主力。

然而在准备过程中，或许是多次领兵出征的劳累，长时间处于艰苦的环境，霍去病却因病早逝（后世也有猜测是感染瘟疫而亡），年仅二十四岁。

汉武帝因此被迫暂时停止了对匈奴的作战。

霍去病死后，武帝允许他陪葬茂陵，赐其谥号为“景桓”，彰显其克敌服远，英勇作战，扩充疆土之意。