矢尽道亦穷，空拳冒白刃
漠北大战后，武帝君臣鉴于国内马少，对匈奴进逼的态势稍松。攻势稍松，并不意味着精神松懈，汉武帝依旧视匈奴为强虏大敌。他们仍然在一步步，有计划地向匈奴施加压力。
在光禄（今内蒙古乌拉特中旗）、居延（今宁夏居延县）、今居（今甘肃民勤县），汉武帝指示汉朝军民在那里武装殖民，开拓今宁夏、甘肃等西北要地，通沟渠，置屯戍，步步为营，以之作为日后汉朝向西发展的基地。
同时，汉朝对西域的经营也没有放松，派张骞二去西域，远结乌孙，交通大宛、康居、大月氏、大夏、安息以及于阗、身毒（印度）等国，重新树立汉朝在西域的威望。
在国内，武帝继续平定南越，巩固对西南夷的控制，并实行了一系列经济改革，出台新经济政策，鼓励百姓养马。
元鼎三年（前114年），匈奴单于伊稚斜病死，其子乌维立为单于，由于国力衰弱，他没有像先辈那样当单于后立即入侵汉地。
不久，西羌十多万人造反，联合匈奴夹攻汉朝西北边郡，想夺回匈奴的河西走廊故地。为此，武帝非常重视。元鼎五年，汉朝派陇西、安定、天水等地军队，配合河南、河内十多万兵士，由李息和徐自率领，奋击西羌，平灭了当地与匈奴联合的叛乱。而后，为确保河西走廊畅通，武帝下令在武威、酒泉两郡之地，再辟置张掖、敦煌二郡，是为“河西四郡”。
这年冬天，汉武帝亲自率军北巡，经雍（今陕西凤翔南）过陇西，登崆峒，出萧关，与大军狩猎于新秦中，耀兵于境上。
由于匈奴常有小股骑兵在河西骚扰通西域之道，汉军分为三路，发兵征讨。汉朝这次作战规模不大，军事打击对象也是河西匈奴残部及若干部族游骑。
元封元年（前110年）冬十月，武帝又亲率大军北巡，自云阳发军，向北经上郡、西河、五原，出长城北，登单于台；又至朔方，临北河，耀兵十八万骑于境上。而后，汉武帝派遣使臣郭吉面见单于，警告说：
南越王头已悬于汉北阙。今单于能战，天子自将待边；单于即不能，即南面而臣于汉。何徙远走，亡匿于幕北苦寒无水草之地！
看似国书，实则武帝的豪言壮语。单于大怒，把汉朝使者郭吉扣押于北海（今蒙古国乌布萨泊），同时，确实慑于汉之兵威，不太敢轻举妄动。而后，单于数次遣使于汉，但已经不像从前勒索大言，而是卑言甘辞地求和亲。
汉朝方面，外交军事双管齐下，一面继续充实河西四郡之民，断绝匈奴和西羌的联系；一面派使臣到匈奴，让单于遣子入侍汉朝。
匈奴方面，以冒顿单于和汉高祖前约为辞，拒绝遣子入侍，并数遣游骑侵扰朔方及东边诸郡。
汉朝和匈奴双方都使尽外交、军事手段，从对方手中争取、分化西域诸国，以为己用。
武帝是个征服欲非常强的帝王，对匈奴这边随时待战不说，他还派遣楼船将军杨仆及左将军荀彘两路大军东征朝鲜，并于元封三年秋平定其地，在朝鲜远地置乐浪、真番等四郡。
元封六年（前105年），匈奴乌维单于卒，其子乌师卢立。由于年少，时号“儿单于”。
主少国疑，此时匈奴国势更加衰落。
趁着匈奴国内不安，武帝分遣二使者，一至单于王廷，一至右贤王处，想离间单于君臣。当年冬天，北方暴风大雪，匈奴牲畜冻死无数。由于新继位的“儿单于”年少凶暴，国内不安。匈奴左大都尉很想杀掉新立的“儿单于”，先派人秘密告知汉军，请求汉军接应。
武帝大喜，于太初元年（前104年）夏，派公孙敖筑受降城（今内蒙古乌拉特中旗北）准备接应。
太初二年夏，思虑久之，武帝认为受降城距匈奴太远，就又派遣赵破奴率二万骑出朔方西北，远行二千余里到达浚稽山（今阿尔泰山北阿利山）；再让人秘约匈奴左大都尉，让他杀单于后到浚稽山和赵破奴汉军会师后归汉。
结果，等汉军到达后，才得知匈奴左大都尉谋泄，已经被单于杀掉。由于知悉了汉军和自己手下的预谋，单于诛杀左大都尉后，马上命令左部兵迎击赵破奴。
赵破奴很被动，率军且战且退。汉军勇猛，远道奔袭不成，困疲之余，依旧在撤退途中杀敌数千。
当汉军退至受降城北四百里时，单于率八万骑兵包围了汉军。由于众寡太过悬殊，汉军不敌，随之宁死不降，全军覆没。奇怪的是，汉军皆战死，汉将赵破奴与儿子两人倒逃出了战场。结果，半途被匈奴斥候生擒。四年之后，他和儿子才趁匈奴不备而逃归汉朝。
此役，赵破奴一部汉军全军覆没，但匈奴内部已经出现大乱征兆。
息战数年之后，汉朝和匈奴的大战又将展开。
当时在西域有个地方叫伊吾卢地，就是今天新疆伊吾、哈密等县西北天山山脉附近地区，水土丰美，资源富饶，是当时的战略要地。一旦汉军得此要地，即可西控西域三十六国，东制匈奴右翼。
漠北大战后，匈奴西撤。休战近十年后，汉武帝再次发起对匈奴大规模的征战，而这个阶段双方的主战场，就西移至距汉地本部数千里之外的西域及天山以北地区。
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