漢武帝時期，漢匈之間的戰爭主要發生在公元前133年至前119年的15年間，其中大的戰役有十幾次，具有決定性意義的大規模戰役應該有4次。
第一次戰役收複河套地區。公元前129年秋季，由車騎將軍衛青、騎將軍公孫敖、輕車將軍公孫賀、驍騎將軍李廣各率1萬名騎兵，分別從上穀、代郡、雲中、雁門出擊匈奴。戰爭中李廣與公孫敖兩路大軍大敗而歸，損失過半；公孫賀無功而返；初出茅廬的衛青卻直搗龍城，斬殺匈奴700人，於是他被擢升為關內侯。第二年（前128)匈奴開始報複，派騎兵兩萬多人大舉入侵。漢軍分兩路反擊，一路由車騎將軍衛青統率3萬人馬，從雁門出擊；另一路由將軍李息統率，由代郡出擊。李息沒有找到匈奴主力，徒勞而返；衛青再一次大顯身手，勝利凱旋。
麵對匈奴的咄咄逼人，衛青建議武帝首先必須奪取河南地，除掉心腹之患，然後才可以深入匈奴的腹地進行會戰。武帝采納了這一建議，並派衛青率領數萬精兵出征，在雲中誓師北伐，沿黃河北岸向西挺進，避實擊虛，一直打到高闕所在的河套平原一帶。然後沿黃河南下，迂回到漢王朝的西部重鎮隴西，完成對河南地的大包抄，發起對邊境市場匈奴人的突然襲擊，全殲敵軍。匈奴白羊王、樓煩王逃走，漢朝從匈奴手中奪回了河套地區。武帝采取中大夫主父偃的建議，遷大約10萬中原居民至邊地定居，並設置朔方郡（今內蒙古杭錦旗）和五原郡（今內蒙古五原），僅朔方城的修築就動用了十幾萬士卒民工。將朔方、五原建成反擊匈奴的基地，解除了匈奴對長安的威脅。
第二次戰役是漠南之戰。公元前125年，失掉河南地的匈奴率7萬大軍南下犯境，無果而還。第二年，漢軍對匈奴發起突襲。車騎將軍衛青率領漢軍主力3萬從高闕出發，越過黃河，進擊匈奴；遊擊將軍蘇建、強弩將軍李沮、騎將軍公孫賀、輕車將軍李蔡等，均受衛青節製，各率1萬人馬從朔方城出發，翻過陰山山脈。衛青此次出征，贏得了空前的勝利，匈奴右賢王部的主力基本上被全部殲滅。匈奴無論在軍事還是經濟上均遭重創，而漢軍則憑借此戰，消除了陰山以北右賢王部對新建朔方城的威脅。
第三次進占河西地區。公元前121年，匈奴派騎兵萬餘人攻入上穀（今河北懷來縣），武帝派驃騎將軍霍去病率領1萬騎兵從西部重鎮隴西出發從西部反擊匈奴。漢軍越過焉支山西進，繳獲休屠王祭天金人。同年夏天，霍去病又出隴西、北地，6日之內，長距離奔襲轉戰匈奴五王國，奪取了焉支山和祁連山區域，俘獲3萬餘人，其中還包括匈奴渾邪王的兒子及相國。匈奴西部地區在一年之內連遭兩次沉重打擊，在西部的統治已無法正常運轉，但名義上河西走廊仍然在匈奴人手中。接著，漢武帝派李息在黃河岸邊築城，以作為進攻河西走廊的橋頭堡。漢軍連續的軍事打擊引起了匈奴內部的分化，匈奴單於怪罪渾邪王、休屠王無能，渾邪王殺掉臨陣退縮的休屠王後率4萬人降漢。從此河西走廊的匈奴勢力徹底被肅清，漢政府開始在此設郡建縣，進行行政管轄。第四次戰役是漠北之戰。為了徹底擊潰匈奴，漢朝決心深入漠北反擊匈奴。公元前119年春季，漢朝發精銳騎兵10萬，分東西兩路，分別由大將軍衛青和驃騎將軍霍去病各率5萬騎兵向漠北進軍。這是漢朝反擊匈奴規模最大的一次遠征，出征陣容十分強大，後續步兵以及後勤運輸隊伍不少於20萬人，總兵力在30萬以上；配備的戰馬是最優良的粟特馬，戰馬總計達到14萬匹之多。衛青率西路軍從定襄越大漠，北進千餘裏，擊滅了匈奴伊稚斜單於的軍隊，單於隻身逃走。衛青兵團又順路擊破趙信城，奪取或焚毀了匈奴的全部糧食儲備。霍去病的東路軍從代郡（今河北蔚縣一帶）出兵，跨過兩千裏大漠，大敗匈奴左賢王，斬獲7萬多人。這次戰役，匈奴遭到前所未有的慘敗，力量大大削弱，無力再與漢庭對抗。
西漢對匈奴戰爭的勝利，解除了來自北方匈奴的威脅，製止了匈奴騎兵對中原農耕地區的掠奪；河西地區的開拓，為漢王朝加強與西域各國的聯係和
開辟絲綢之路打下了堅實基礎。