河南地的收複和漠南之戰後右賢王的遠逃，有利於漢軍在漠南尋找單於帶領的匈奴主力進行決戰。參戰的漢軍可以就近得到長城沿邊守備部隊的支援，後勤補給也容易解決，並且漢軍屢勝之後，士氣正盛。而且，經此一役，匈奴當然也不會善罷甘休，同年秋，匈奴以一萬人馬入關，殺死代郡都尉朱英，擄千餘人而去。第二年衛青率六將軍十多萬騎兵，兩次出定襄（今內蒙和林格爾西北）數百裏，進擊單於主力。在一些小規模的戰鬥中，漢軍共殲敵一萬九千多人，自己也損失趙信及蘇建兩員大將，還有三千多人馬。也是在這一年，衛青的外甥剽姚校尉霍去病受封為冠軍侯。
匈奴在失去河南地後，把主力撤到漠北，一邊休整一邊伺機而動，引誘漢軍到漠北決戰。但是漢軍沒有立即進襲漠北，而是發動了攻取河西走廊的河西之戰。戰爭的主動權仍然牢牢地掌握在漢軍手中。
匈奴伊稚斜政權當時試圖用武力擊退漢軍，奪回河南地河西牧場，守住漠南地區，終因人員數量以及經濟基礎都不如中原強盛而失敗。加之戰線過長、互不救援、麻痹大意等，在漢軍無休止的攻擊下反而連遭重創，損失慘重。從戰略上看，不但丟失的牧場沒能收回，漠南各地也沒能保住，隻能被迫退守漠北。
西漢方麵雖然獲得了軍事上的重大勝利，卻也被迫背負起更加沉重的經濟負擔，戰爭勝利之後對軍士將領的賞賜及出戰時的軍費開支，造成了西漢府庫儲蓄耗盡、賦稅來源枯竭、社會經濟遭到嚴重破壞的局麵。
匈奴單於伊稚斜在漢將趙信歸降以後，把他封為自次王，意思是除了單於就屬他最大，還把他的姐姐嫁給趙信，表現出充分的重視，希望與趙信一起謀奪漢朝江山。趙信給單於建議：將主力移往漠北，以誘疲漢兵，然後匈奴以逸待勞，伺機反攻，單於聽從了他的計劃。伊稚斜單於不但放棄了收複河南河西各地已失牧場的計劃，甚至放棄了在漠南地區與西漢軍隊征戰抗衡的打算，被迫退往自然條件及經濟狀況都十分惡劣的漠北地區，以避免再遭漢軍進攻。於是隨著匈奴主力聚往漠北，漢軍也閉關休養，或者說在忙於鎮壓淮南王劉安、衡山王劉賜的謀反事件。同時在做更大規模攻打匈奴的各項準備。
雖然伊稚斜單於已經退居漠北，但從戰略上講，當時他並沒有對河西各地的匈奴各集團做出相應的調整。由於單於安排部署失當，遂使河西地區的匈奴各牧獵集團，很容易受到驍勇善戰、攻擊力強大的中原軍隊的攻擊。經過兩三年休整恢複的漢朝軍隊，也看準並且抓住了匈奴暴露出來的這個戰略破綻，發起了更大規模的對匈戰爭。
3.河西之戰。公元前121年春，漢武帝命令霍去病帶領萬餘人，從西出發。越過焉支山一千多裏，去攻略匈奴。霍去病奉命率軍深入匈奴五王牧地，激戰六個日夜，殺死折蘭王、盧胡王等，抓住渾邪王子及相國、都尉等匈奴重臣，斬殺匈奴八千餘人，劫獲休屠王祭天金人。
同年夏，霍去病奉命與公孫敖率領數萬人馬從隴西、北地出發，攻擊匈奴。漢武帝劉徹同時又派遣博望侯張騫、郎中令李廣率領另一支漢軍從右北平出擊，攻打匈奴左賢王。不僅從此又發起了對左地匈奴的攻擊，而且以此牽製匈奴左翼力量，使其不能策應援救右翼。漢軍主力霍去病所部遂得以再次長驅直入，全力攻擊匈奴右翼。但當時漢軍將領合騎侯公孫敖卻以與霍去病路線不同為借口，不敢深入，停滯不前。霍去病僅率其所部漢軍，越過居延水、過小月氏、攻打祁連山，俘獲酋塗王。收降匈奴二千五百人，斬首三萬二百級，俘獲五王、五王母、王子等五十九人，相國、將軍、當戶、都尉六十三人。霍去病部將鷹擊司馬趙破奴，斬殺濮王，抓住稽且王，並俘獲王、王母各一人，王子以下四十一人，俘虜三千三百三十人，前行捕虜一千四百人。從驃騎將軍捕呼於屠王王子以下十一人，俘虜一千七百六十八人。
漢軍攻略匈奴右翼，不僅給河西地區的匈奴造成了非常嚴重的人口財產損失，且又奪占了焉支山、祁連山等水草條件都良好的原屬匈奴人的牧獵場地。當時匈奴也曾南下攻入漢境，入代郡、雁門，殺死數百人。雖有報複漢軍的無限製攻掠的意圖，卻收效甚微。他們的殺掠所得，僅有數百人，而損失的，則是幾萬人。
從右北平出塞攻略匈奴左賢王的漢軍將領張騫和李廣，互相之間的行軍路線也是不同的。郎中令李廣率領四千騎兵先到達預定地點，博望侯張騫率領一萬騎兵後到。匈奴左賢王率領數萬騎兵，包圍了郎中令李廣的部隊，血戰兩天，雙方都是死傷過半。博望侯張騫到達之後，匈奴才逃走。
公元前121年自春至夏，河西匈奴各牧獵集團均遭到霍去病騎兵的攻擊，各個集團（兀魯思）所屬部眾，其人口、牲畜以及各類財產損失都非常巨大。更嚴重的是他們還丟掉了焉支山、祁連山、河西草原等大片的優良牧場。各集團（兀魯思）之王，不僅沒有抵禦住漢軍的攻略，反而大都或戰敗，或遭捕捉或被斬殺，所存無幾。