西漢將軍李廣利
征和三年（公元前90年）三月，李廣利率軍7萬出五原，禦史大夫商丘成率軍2萬出西河（郡治平定，在今內蒙古東勝境），重河侯馬通率4萬騎出酒泉。匈奴單於聽到漢大軍將至，將輜重北徙至郅居水（今蒙古色楞格河），自率主力南渡姑且水（今蒙古巴彥洪格爾省南部圖音河）以等待漢軍決戰。李廣利出塞後，擊敗匈奴左大都尉衛律，乘勝追擊至郅居水，匈奴退走。李廣利以2萬騎渡郅居水，擊敗左賢王，殺左大將。漢軍撤退時，單於知李廣利疲憊，以5萬騎遮擊漢軍於燕然山（今蒙古杭愛山），漢軍大敗，李廣利降匈奴。馬通、商丘成兩路，亦未有所獲。
漢宣帝劉詢
燕然山之敗後，漢武帝在經濟困難，人民疲憊的情況下，停止了對匈奴用兵，並下詔罪己，采取一些“思富養民”的措施，發展生產，恢複國力。漢宣帝劉詢時，西漢國力逐漸恢複，又開始對犯邊之匈奴進行反擊。本始二年（公元前72年），宣帝以祁連將軍田廣明等五將軍和校尉常惠監烏孫兵，六路擊匈奴。五將軍少有斬，唯常惠監烏孫兵擊破右穀蠡王庭，殲匈奴4萬餘。匈奴避戰遠遁，人畜死亡不計其數。神爵二年（公元前60年），匈奴日逐王降漢，內部爭鬥更甚。西漢設西域都護府，完全控製了西域。
甘露元年（公元前53年），匈奴分裂為南北二部。呼韓邪單於率南匈奴附漢，郅支單於率北匈奴西遷至康居（約在今巴爾喀什湖與鹹海之間）東部築城而居。
建昭三年（公元前36年），漢西域副校尉陳湯矯詔發西城諸國兵及屯田吏士4萬人分兩路攻殺郅支單於，滅北匈奴，從而結束了西漢與匈奴的百年大戰。
西漢與匈奴的戰爭是秦漢以來最大規模的一場民族戰爭。漢、匈雙方投入騎兵數十萬，大戰十餘次，小戰數十次。以下是一些西漢與匈奴之間重要的戰役：
（一）白登山之戰
白登山之戰是指漢高祖七年（公元前200年），在西漢與匈奴的戰爭中，匈奴冒頓單於以優勢騎兵圍困漢軍於白登山的戰爭。
高祖六年秋，漢將韓王信獻馬邑（今山西朔縣）之地降匈奴，匈奴乘勝南下。七年十月，劉邦親率大軍北上，在銅醒（今山西沁縣南）擊敗韓王信，又連續在晉陽（今山西太原市西南古城營村）等地取得對匈奴和韓王信軍的勝利，乘勝追擊。劉邦聞知匈奴冒頓單於居代穀（今山西代縣北雁門山北），便派使者前往偵察。為誘漢軍北進，冒頓單於在漢使者到來時，將精銳士兵和肥壯牛馬都隱藏起來，故意隻將老弱士兵讓漢使者看到。先後有十幾批漢使回來都說匈奴可擊。劉邦於是親率大軍32萬越過句注山（今山西代縣北之雁門山）北上。恰好又一位出使匈奴的郎中婁敬返回，他說：“兩國打仗，應該向對方展示自己強大的實力威懾敵方才對。但我前往，隻見到羸瘠老弱，這肯定是故意示弱，埋伏下奇兵以爭取更大的勝利。我以為匈奴不能攻打。”力勸劉邦罷兵。可這時幾十萬漢軍已過句注山，婁敬之言大大地動搖軍心。高祖大罵婁敬，並把他關押起來以穩定軍心，親率部分兵力進至白登山，後來漢軍果然在白登被匈奴40萬精騎包圍。
劉邦率軍逃離白登山