匈奴在之前的战争中已经损失了河南、漠南和河西地区大批部队，匈奴单于的直属部队既是匈奴最核心的部队，同时也是仅存的精锐部队。
本来，汉武帝打算让霍去病成就大功，因此将最强悍的骑士都调拨给了霍去病，“敢力战深入之士皆属去病”，而将较弱的骑士给了卫青。
按照之前得到的情报，匈奴单于在右路，因此霍去病大军出代郡右北平寻歼其主力，卫青走左路是助攻。
然而，事实却相反。
霍去病大军出塞后未能找到单于主力，只和左贤王部遭遇。
而卫青大军出塞一千多公里后与单于主力忽然遭遇，原来之前情报有误。
卫青临危不乱，立刻命李广等人从侧翼迂回包抄单于，自己亲率主力列阵决战。
卫青以战车排成环形阵，以五千骑兵为后援，先以战车和弓弩兵对敌，然后趁机派汉军骑兵从侧翼打击匈奴。
史书记载，当时大风忽起，卷起砂石满天，两军厮杀，战成一团。
一番激战，最终汉军获胜，匈奴单于仅率领数百壮士趁夜逃走。
卫青派兵穷追不舍，攻占了敌军粮仓和军械库，俘杀了大批匈奴人。
就这样，匈奴的骨干力量被歼灭在漠北，从此以后十余年中匈奴人不敢南下放牧，实现了自秦汉以来的“漠南无王庭”。
漠北之战，汉军精锐尽在霍去病军团，卫青的部队本是汉军二流部队，卫青派李广等人迂回包抄，但李广却迷路而未能及时参战。
这等于说是卫青以二流汉军部队的一部分歼灭了匈奴单于的主力骑兵。
虽然此战汉帝国付出了沉重的代价，十余万匹马死于大漠，无数战士埋骨荒野，但此战歼灭匈奴精锐9万之众，匈奴元气已伤，再也无法对汉王朝造成实质性威胁，可以说付出的代价还是值得的。
卫青之所以能获得如此大功，首先在于汉军当时的素质和装备已经全面超越匈奴。汉初，汉军步兵对匈奴有优势，但骑兵是绝对劣势，而到了汉武帝时代，汉帝国拥有了60万匹军马，汉军骑士的装备和素质也超越了匈奴人，所以才会有卫青以汉军二流军团歼灭匈奴单于精锐的奇迹。
其次，卫青将战车+骑兵的战术发挥到了极致。..对北方骑射民族作战，战车一直都是有力的防御武器，从战国时代的李牧到汉代卫青，再到南北朝的刘裕，甚至到了明代，这个战术一直都没有过时。
最后，漠北之战卫青将步兵+弓弩兵+战车兵+骑兵的多兵种混合作战发挥到了极致，堪称炉火纯青，可以说是汉军大规模多种兵混合作战的巅峰之作，这一战也奠定了卫青汉军战神的地位。
