从公元前133年马邑之围至前119年，汉武帝派兵和匈奴进行了多次作战。其中决定性的战役有三次。
元朔二年（公元前127年），汉武帝派将领卫青率军出云中收复河套地区，扫除匈奴进犯的军事据点。卫青采取迂回进攻的方法，从后路包抄，一举赶走匈奴，解除了长安的威胁。于是，汉武帝在那里设朔方郡、五原郡，并移民10万在此开发防守，又重新修了秦代的旧长城，派兵驻守。
元狩二年（公元前121年），汉武帝派霍去病出陇西，越过焉支山西进，汉军入匈奴境千余里，攻克焉支、祁连二山，杀掠匈奴4万余人。同年，匈奴贵族内部分裂，浑邪王率四万人降汉。这次战役后，汉在这里置武威、酒泉、张掖、敦煌四郡，历史上称“河西四郡”，从此自河西走廊至罗布泊一带无匈奴，匈奴与西羌的联系断绝，从而打通了汉通西域的道路。
汉武帝时期，国家的综合实力能够支持汉武帝对匈奴发动战争。汉朝控制河套地区，等于是掌握了最主要的战略资源-战马。当时有卫青霍去病等采用的游击战法刚好克制匈奴。但是长期的战争也使空前强大的汉朝国力日下。
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