向漠北进军，发动扫荡匈奴的漠北战役。携三征河西的锐气，此次敢深入力战的兵士都分配给霍去病，原本为了对抗单于；但是卫青部自定襄出发，却和单于本部相遇，霍去病则率军东出代郡，行军两千里，大败左贤王，歼敌七万余人，左贤王部几乎全军覆没。霍去病先是捕获了匈奴伊稚斜单于的近臣，诛杀了小王比车耆，随后攻击左大将，斩杀敌将，夺取对方的军旗和战鼓。紧接着，汉军翻越离侯山，渡过弓闾河，捕获匈奴屯头王、韩王及将军、相国、当户、都尉等高级官员83人。在这次长途奔袭中，霍去病封狼居胥山（今外蒙古肯特山）以祭天，禅姑衍山（肯特山以北