汉武帝对霍去病的能力无比信任，由卫青和霍去病各领5万骑兵，分东西两路向漠北进军。为了解决粮草供应问题，汉武帝又动员了4万多私人马匹，步兵10余万负责运输粮草辎重。关于这个漠北之战自古以来评说纷纭，原因是这里面发生的故事颇多。
稍知道历史的人都知道，本来是以霍军决战单于的，却出了情报错误，致使精心安排的对局变成了阴错阳差，卫青对上了单于，霍去病却只好拿相对较弱的左贤王部出气。然而这场大战完全可以说是霍去病的巅峰之作。霍去病率军出代郡和右北平，充分发挥骑兵的机动作战能力。
他穿越大漠，北进转战2000余里，越过离侯山，渡过弓闾河，转而攻击匈奴左贤王战略集团，与匈奴左贤王的强大骑兵集团在此展开了惊心动魄的殊死决战。“独孤求败”的霍去病一路追杀，经过激战，汉军大获全胜，斩敌7万余人，俘获匈奴屯头王、韩王等，将军、相国、当户、都尉等83人，左贤王战败逃走。
此战，彻底打垮了左贤王战略集团，是继消灭右贤王战略集团和同期卫青打垮单于战略集团的又一决定性的胜利。汉军乘胜追至狼居胥山（今蒙古肯特山），就在这里，霍去病暂作停顿，率大军进行了祭天地的典礼——祭天封礼于狼居胥山举行，祭地禅礼于姑衍山举行。
这是一个仪式，也是一种决心。封狼居胥之后，霍去病继续率军深入追击匈奴，一直打到翰海（今俄罗斯贝加尔湖），方才回兵。从长安出发，一直奔袭至贝加尔湖，在一个几乎完全陌生的环境里沿路大胜，这是怎样的成就！经此一役，匈奴的三大战略集团都被打垮，没有能力再和汉朝进行大规模的作战，漠南从此无匈奴王廷。解除了西汉初年以来匈奴对汉王朝的威胁。自此至宋代数百年间，中华边界几乎无大战。
这次战役过后，汉武帝又划定5800户增封骠骑将军。和霍去病一起出兵的将领都得到了封赏，右北平太守路博德隶属于骠骑将军，与骠骑将军在与城会师，没有错过日期，跟随骠骑将军到达梼余山，俘虏和斩杀匈奴2700人，划定1600户封路博德为符离侯。
