漢朝收復河朔之地後，以河朔為據點，進一步打通河西走廊切斷匈奴右翼的同時，也打開了漢朝人與西域通商的絲綢之路，從此漢朝與西域得以通商往來。這次漢軍對匈奴人的作戰的方式跟以往有所不同，領軍的年輕將領霍去病所採用的戰法是前所未有的，這是一支快速閃擊，來無影去無蹤的強大的機動騎兵部隊。
元狩二年，這支將近一萬人的騎兵軍團由年僅二十歲的驃騎將軍霍去病統領，出塞進入河西后，一路輕裝穿越了十五個部落，又越過焉支山，一路擊破匈奴大軍，斬殺了折蘭王，盧候王。在賀蘭山又擊破休屠王部的主力，奪走了休屠王用於祭祀上天的金人神像，休屠王被迫退至焉支山西邊，但霍去病所率領的漢軍騎兵軍團一路猛追猛打休屠王殘部一直進入渾邪王部的區域內，渾邪王得知後火速增兵備戰。
霍去病這支漢軍行動快捷，輕裝簡從，一路掩殺過來可謂銳利無比，休屠王的四萬匈奴騎兵都沒有擋住這支漢軍騎兵的進攻。連平時一直向自視為草原之狼的匈奴騎兵都驚恐不已。因為漢軍每每與匈奴交戰都有後方部隊和輜重部隊，然而眼前這支漢軍騎兵部隊不要後方，也不要輜重，來去如風似的狂飈突進，一路狂奔過來，匈奴各部都被擊破，無人可擋。當休屠王在焉支山擺下軍陣等他決戰時，霍去病卻避開休屠王的軍陣，直奔張掖而去，當匈奴人趕到張掖時，霍去病的另一支騎兵卻在夜裡衝進休屠王的大營，打亂匈奴人的陣腳後，休屠王的四萬精騎和十幾萬的部眾圍堵都攔不住這支由霍去病率領的一萬漢軍騎兵軍團。這次霍去病率著這一萬漢軍騎兵一改以往戰法，孤軍深入千里奔襲還俘獲了當時的匈奴王子金日磾。
在受到霍去病閃電般的打擊之後，匈奴單于急忙在河西防禦。此時，漢武帝命李廣，張騫率軍出右北平與匈奴左賢王所在地尋求作戰。同時讓驃騎將軍霍去病重近河西走廊，以同樣的打法，實施大迂迴與公孫敖會師祁連山。元狩二年夏季，霍去病再率所部第二次出征打擊匈奴，這位年輕的漢軍將領越過焉支山一千多里直達祁連山，接著越過居廷澤及羅布泊，狂飈突進，孤軍深入一路所向披靡。據史料記載，霍去病兩次孤軍深入匈奴境內作戰，累計斬釘和俘虜匈奴十萬多人，俘虜中包括匈奴王子金日磾及兩個部落王，還有王母，國相，將軍，當戶和都尉等諸多匈奴貴族。
此時河西走廊的匈奴已經崩潰，接連受到霍去病一系列的打擊損失慘重後，單于十分震怒，便派使者問罪休屠王和渾邪王。休屠王和渾邪王怕被單于問罪決定派出使者要求歸降漢朝廷。漢武帝得知後，準休屠王和渾邪王歸降朝廷，然在招降之時渾邪王部少數人不願歸降臨時逃跑被霍去病斬殺。此時休屠王本部所投降的人數就達十幾萬，匈奴在河西走廊的勢力損失殆盡，漢武帝從此打通通往西域的通道，河西走廊地區納入西漢的版圖，被設為河西郡。
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