战斗最激烈的是贰师将军李广利率领的中路大军。中路70000大军五原后，向西北方向军。匈单于命右大都尉和卫律率5000骑兵在夫羊勾山峡设伏阻击汉军，被汉军打败。

公元前90年，经过7年的养蓄锐后，汉武帝决定再次对匈行决战。这次他将军队分为左、中、右三路，分别攻左贤王、单于本和右贤王。其中中路主力队由贰师将军李广利率领，共有骑、步兵70000余人，从五原发北；御史大夫商丘成率30000骑、步兵，从西河发北；重合侯莽通率40000骑兵，由酒泉发北。

匈各损失20000多兵力，可谓平分秋。但汉军重要将领李广之孙李陵的投敌，严重挫败了汉军的士气。汉武帝刘彻对此非常震怒。

汉军一路追打，匈军望风而逃，死伤数万人。汉军一路追杀，追击到范夫人城（今蒙古南戈省达兰札达加德西），匈军不敢与汉军战。

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匈且革是侯单于已于公元前96年死去，由其左贤王狐鹿姑即单于位。匈狐鹿姑单于闻知汉军来攻，将其资、辎重、家属等，迁往赵信城以北郅居河(今蒙古楞格河)北岸。单于亲率主力布阵于姑且(今蒙古图音河)以西，以逸待劳，等着汉军的到来。与此同时，匈左贤王将其所迁往余吾(今蒙古土拉河)以北300～350千米，居于兜衔山地区。

天山之战后的第三年，公元前97年，汉武帝又命贰师将军李广利率骑兵70000、步兵140000，共计210000兵力，发动了对匈的最大一次攻，但双方未决胜负，汉军便退兵。

这时从朝廷传来李广利的妻有罪下狱的消息，李广利急于建立功勋。于是，李广利挥军至匈单于所在地郅居河（今蒙古楞格河）域一带，寻求匈主力决战。李广利派其将率20000骑兵渡过郅居北。匈左贤王、左大将率20000匈骑兵迎战渡河的汉军，结果匈人被打败，左大将被杀。

左路御史大夫商丘成率军后，寻找敌军作战，但未发现匈军队，于是便引军撤退。但这时匈派降将李陵率30000骑兵前来追赶，在浚稽山地区，双方行了激战，战至第九日，匈军见伤亡惨重，便撤离战场。

右路重合侯莽通所率汉军，酒泉500多千米，至天山以北，匈右贤王派30000骑兵想与汉军战。但见汉军非常大，未敢迎战，全军返回。重合侯军无功而返。