为了彻底击溃匈奴主力，汉武帝集中全国的财力、物力，准备发动对匈奴的第三次大战役。公元前

119年春，汉武帝召集诸将开会，商讨进军方略。他说：“匈奴单於采纳赵信的建议，远走沙漠以北，认为我们汉军不能穿过沙漠，即使穿过，也不敢多作停留。这次我们要发起强大的攻势，达到我们的目的。”於是挑选了十万匹精壮的战马，由大将军卫青、骠骑将军霍去病各率精锐骑兵五万人，分作东西两路，远征漠北。为解决粮草供应问题，汉武帝又动员了私人马匹四万多，步兵十余万人负责运输粮草辎重，紧跟在大军之後。

原计划远征大军从定襄北上，由霍去病率骁勇善战的将土专力对付匈奴单於。後来从俘获的匈奴兵口中得知匈奴伊稚斜单於远在东方，於是汉军重新调整战斗序列。汉武帝命霍去病从东方的代郡出塞，卫青从定襄出塞。

大将军卫青麾下，强将济济。李广为前将军，公孙贺为左将军，赵食其为右将军，曹襄为後将军。卫青考虑到前将军李广年纪已高、运气又不好，就没让他担任先锋，而是与右将军赵食其两军合并，从右翼进行包抄。卫青自己率左将军公孙贺、後将军曹襄从正面进兵，直插匈奴单於驻地。

赵信向伊稚斜单於建议：“汉军不知道厉害，竟打算穿过沙漠。到时候，人困马乏，我们以逸待劳，就可以俘虏他们。”於是下令所有的粮草辎重，再次向北转移，而把精锐部队埋伏在了沙漠北边。

卫青大军北行一千多里，跨过大沙漠，与严阵以待的匈奴军遭遇了。卫青临危不惧，命令部队用武刚车（铁甲兵车）迅速环绕成一个坚固的阵地，然後派出

5000骑兵向敌阵冲击。匈奴出动一万多骑兵迎战。双方激战在一起，非常惨烈。黄昏时分，忽然刮起暴风，尘土滚滚，沙砾扑面，顿时一片黑暗，两方军队互相不能分辨。卫青乘机派出两支生力军，从左右两翼迂回到单於背後，包围了单於的大营。伊稚斜单於发现汉军数量如此众多，而且人壮马肥，士气高昂，大为震动，知道无法取胜，就慌忙跨上马，在数行精骑的保护下奋力突围。向西北方向飞奔而去。

这时，夜幕已经降临，战场上双方将士仍在喋血搏斗，喊杀声惊天动地。卫青得知伊稚斜单於已突围逃走，马上派出轻骑兵追击。匈奴兵不见了单於，军心大乱，四散逃命。卫青率大军乘夜挺进。天亮时。汉军已追出二百多里，虽然没有找到单於的踪迹，却斩杀并俘虏匈奴官兵

19000多人。卫青大军一直前进到真颜山赵信城（今蒙古乌兰巴托市西），获得了匈奴屯积的粮草，补充军用。他们在此停留了一天．然後烧毁赵信城及剩余的粮食。胜利班师。