霍去病率军从陇西郡出发后，越乌戾山，渡黄河，伐遫濮部，斩遫濮王，涉狐奴水，六天转战千余里，踏破匈奴五个王国，有如摧枯拉朽般，将河西诸小匈奴王族纷纷击溃。汉军连续长途奔袭，越过焉支山（峰腰地带的甘凉交界处，位于山丹县城东南40公里处），在皋兰山（张掖附近的合黎山附近）与匈奴主力展开决战。已经打出士气的彪悍汉军骑兵深入敌境，在孤军无援的情况下，与匈奴兵短兵相接，斩杀匈奴折兰王、卢侯王，浑邪王败走，浑邪王之子及其相国、都尉被俘，连休屠部祭天的金人都被汉军缴获。
汉军取得第一次河西之战的胜利后，为保证作战的突然性，稍事休整后于同年夏天，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。
霍去病与公孙敖合领骑兵数万，从北地出兵后分道向西进击。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。霍去病出北地，深入到匈奴后部。但因合骑侯公孙敖走错了路，未能与霍去病军会合。没有等到公孙敖军的配合，霍去病独自率领所部骑兵继续依原定计划急速前进，采用大纵深外线迂回作战的策略，由今宁夏灵武渡过黄河，向北越过贺兰山，涉浩瀚的腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠，绕道居延海（今内蒙古西北），转而由北向南，沿弱水而进，经小月氏（未西徙的月氏人，今甘肃酒泉一带），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，从浑邪王、休屠王军侧背发起猛攻。
匈奴军完全没有想到会在这里出现汉军，不得不仓促应战。由于是仓促应战，匈奴兵大败，汉军取得决定性胜利，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。汉军伤亡仅3千余人。浑邪王、休屠王率残军逃走。
匈奴伊稚斜单于得知浑邪王、休屠王两战两败，不仅不少匈奴人被歼，还丧失了河西绝大部分领土，为此十分恼怒，便要对他们严加惩处。二王惧怕伊稚斜惩处，又无路可投，只好派使者赴汉乞降。
此时浑邪王、休屠王两人仍率有4万多部众，对外号称10万。汉武帝担心他们有诈，便令霍去病率1万骑兵前去受降。果然，汉军还未到河西，休屠王便突然变卦拒绝降汉。浑邪王攻杀了休屠王，并收编了其部众，但人心极不稳定。为了震摄匈奴，霍去病率汉军渡过黄河后，迅速排列成威严的队形前进。浑邪王率队列阵迎候，他的一些裨王见汉军阵容严整，心存疑惧，企图逃走，眼看局势不可控制。霍去病远远望见匈奴兵的阵地出现异动，当机立断，立即率兵马驰入匈奴阵中，与浑邪王相见，并下令将欲逃跑的8千余人尽行斩首，迫使匈奴军稳定下来，之后遣使护送浑邪王赴长安见汉武帝，自己则引领匈奴余众向西汉边境缓缓而行。
接受浑邪王投降后，汉武帝封浑邪王为漯阳侯，将其部众安置在陇西、北地、上郡、朔方、云中五郡的边地。为了切断匈奴人与羌人的联系，在河西地区设置武威、酒泉、张掖、敦煌四郡，史称“河西四郡”。为巩固对河西地区的管治，汉武帝下令从内地迁移大量人口到这里，从而稳定了对河西地区的管治，彻底打开通了汉王朝通往西域的道路。
河西之战是汉武帝继漠南之战后对匈奴采取的又一次重大战略行动，也是汉武帝时期对匈奴最重大的三次战役之一。这次战役的胜利，使西汉王朝完全占据了河西走廊地区，打开了通往西域的道路，切断了匈奴与羌人的联系，为日后向漠北的匈奴单于、左贤王部发动进攻创造了条件。
元狩四年（公元前119年）的漠北战役是汉王朝与匈奴之间规模最大的一次战斗。
河西之战后，汉王朝已经取得了对匈奴作战的优势。为彻底消除匈奴祸患，汉武帝再派卫青、霍去病率10万骑兵、几十万步兵，分别从定襄（内蒙呼和浩特东南）、代郡（河北蔚县）出发，共击匈奴单于于漠北。卫青北进千余里渡过大沙漠（戈壁沙漠），直抵阗颜山（蒙古杭爱山脉），歼敌1.9万余人。霍去病深入两千多里，追击匈奴左贤王到狼居胥山（蒙古肯特山），斩首和俘获共计7万余人，饮马瀚海，并到达了贝加尔湖（俄罗斯）。
漠北之战给匈奴以致命打击，匈奴人北徙漠北或西迁远循，从而使漠南出现了“匈奴远遁后，漠南无王庭”的局面。自此，汉王朝取得了抗击匈奴的巨大胜利，匈奴帝国从此开始走向衰落，汉王朝更加统一，长城内外“马牛放纵，畜积布野”，为汉王朝乃至汉民族的发展稳定奠定了坚实基础。
也就是在第二次河西之战时，中行说生病死了。临死前，看到匈奴兵马被汉将霍去病率领的汉军打得丢盔卸甲，对刘恒怀有刻骨仇恨的中行说虽然即将死去，却仍然不忘为匈奴单于出谋划策。通过长时间观察，中行说发现池塘里的水如果有病死的马、羊浸泡过，便会有毒，兵士喝了后轻则拉肚子，重则死亡。为此，为了打击汉军，消除汉军的威胁，临死之前中行说向匈奴单于伊稚斜建议，把病死的牲畜经过匈奴巫师诅咒后，埋到汉军进军线路的水源上游，以使汉军将士饮用后中毒。据说，英勇善战、所向无敌的霍去病，就是因为饮用了这种水源里的水生病死的。由此可见这个中行说这个民族败类的可恨歹毒。据称，这可算是世界历史上的第一次细菌战。
中行说的所做所为以及他所处的时代，正是汉民族正式确立的时代，所以说中行说是名副其实的“汉奸始祖”。
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