汉武帝听说吕嘉等不听命令，王、王太后又孤弱不能制之，汉使怯而无决；又认为王和王太后已经附汉，只有吕嘉为乱，不足以兴师动众，便派庄参率二千人到南越去。庄参以为以好往，数人便足，以武力往，则2000人无以成事。武帝罢黜庄参。壮士韩千秋愿得300人往使，必斩吕嘉以报，武帝便派韩千秋和南越王太后氏的弟弟东率2000人前往。汉军一入南越之境，吕嘉便公开反叛，下令国中说：“大王年少。太后本中原人，又和汉使私通，专欲内属，尽持先王宝器入献天子以自媚；带上许多人走，至长安之后，便要将他们卖为僮仆。他们只取自己一时之利，而不顾赵氏社稷，也不顾国家万世长久之计。”吕嘉遂与其弟率军攻杀南越王、王太后和汉朝使者，派人告诸郡县；又立赵婴齐的长子赵越之子赵建德为南越王。韩千秋军入南越之后，攻破几座小城邑。其后越人开道放行，韩千秋到达离南越都城番禺（今广东广州）还有四十里的地方，被南越军包围，全军覆没。吕嘉派人将汉朝使者所持符节放到边塞上，并发兵守卫要害之处。
春三月，武帝听说南越反叛，下令调集军队南下。秋天，伏波将军路博德出桂阳，顺湟水南下；楼船将军杨仆率军出豫章（今江西南昌），顺浈水（今广东东北部的江）南下；归义粤侯严为弋船将军，出零陵（今广西兴安北），顺离水（今广西漓江上游）南下；甲为下濑将军，率军下苍梧（治今广西梧州），皆率罪人从军者及江淮以南楼船兵10万人。粤驰义侯遗别率巴、蜀罪人，发夜郎之兵，顺柯江东下，都以番禺为会师目标。
楼船将军杨仆军进入南越之境后，先攻下了寻峡（今广东清远东），又攻破石门，击败抵抗的南越军。不久，伏波将军路博德率军和杨仆军会合，一同南攻番禺。汉军以楼船军居前，直攻至番禺城下。南越王赵建德和吕嘉据城坚守。汉军将番禺城包围。路博德军居于东南面，杨仆军居于西北面。天黑之后，杨仆军击败南越军的抵抗，攻入城内，纵火焚烧。路博德军则就地扎营，招纳降者，赐给印绶，又放他们回去招降。杨仆军又奋力冲杀，将南越军向路博德营中驱赶。天亮之后，城中皆降。赵建德和吕嘉已连夜逃亡入海。路博德派军追击，将二人抓获。这时，弋船将军、下濑将军和驰义侯等几支部队尚未到达，而南越已平。汉朝全部接管南越王地，在这一地区设立南海、苍梧、郁林，合浦、交趾、日南、九真、珠、儋耳九个郡。
李广利征大宛
汉建元三年（前138年），汉武帝为了击败匈奴，派张骞出使西域，联络与匈奴不和的大月氏出兵，共同抗击匈奴。张骞一行在匈奴境内被扣留，十一年后，张骞伺机逃脱，向西奔走到大宛国境内。大宛国王早听说汉朝有很丰富的财富，碍于交通，无法互通使者。见张骞的到来，非常高兴。张骞以以后多送给他们汉朝的财富为条件，请求他们将他送到大月氏。大宛国王派遣使者将张骞送到大月氏。汉元朔三年（前126年），张骞自西域返回，向汉武帝递上了一份出使西域经过的报告，报告中提到了大宛，说大宛有很多的良马，马出汗有血，故称汗血马。
张骞通西域壁画此后，汉武帝击败匈奴，开拓了西域交通。汉朝派往西域的使者很多。有的使者向汉武帝说，虽然大宛的贰师城出产良马，但是，每当汉使者去时，大宛国王就将马藏起来，不给来使。汉武帝很喜欢大宛的汗血马，就派遣使者携带中原大量的金银珠宝和用金铸成的马出使大宛，向大宛国交换汗血马。大宛国已经得到了汉朝很多的财富，见使者来到，不想用宝马与之交换，并且自恃，即使不交换马，汉武帝也因为路途遥远，也不可能派兵来抢夺。于是，拒绝了汉使者的请求。汉使者非常愤怒，当着大宛国王的面损坏金马，以示与大宛绝交。大宛的群臣们认为，汉使者这样做，是轻视我们大宛，所以，等汉使者离开贰师城行到郁成国时，命令郁成国派人杀死了汉使者，并夺取了金银财富。汉武帝得知消息后，非常震惊。以前曾出使过大宛的姚定汉等人，认为大宛国小兵弱，不堪一击，如果派三千军队，就可以令他们投降。汉太初元年（前104）年，汉武帝命宠姬李氏的哥哥李广利为将军，征召所属六千精锐骑兵，以及郡国中游手好闲的人几万余人，前去攻伐大宛，使他们贡奉宝马。军队由王恢作向导，李哆任校尉。因为战争的攻击目标是产汗血马的贰师城，所以李广利号称“贰师将军”。
由于军队远征，粮草供应只能靠沿途小国。李广利率大军向西过了盐泽后，沿途小国坚守不出，不肯供应军队粮草。李广利指挥军队沿途攻占小国，取得粮食供应军队，军力消耗很大。到了郁成后，士卒不过数千人，都饥饿疲倦。攻郁成时，被郁成打得大败。士卒死伤很多。李广利见军队连个弱小的国家都攻不下，怎么能攻占大宛呢？就与李哆、始成等将领商量，就领兵撤回敦煌。到敦煌时，士卒生还的不过十分之二、三。李广利上书天子说：“征伐大宛，中途相当遥远难行，士兵不害怕打仗，但是害怕饥饿，因为粮食非常缺乏。请求暂时罢兵，等增派士兵以后再去攻伐。”汉武帝认为，既然已经下令讨伐大宛，大宛是个小国，汉军队攻不下大宛，则大夏等国就会轻视汉朝，而且大宛的良马也绝对不会送来，乌孙、仑头等小国也会像大宛那样欺凌汉使。决定继续征大宛。他一方面下令李广利不准撤回，并派遣使者把守玉门关，有军士敢从敦煌逃回玉门关的，立刻斩首。李广利只得按兵不动，留在敦煌。另一方面，汉武帝处罚了朝中阻止征伐大宛的官僚邓光等，征发戍甲兵十八万，在酒泉、张掖郡北面设置居延、休屠二县，以拱卫酒泉。征发天下骑兵及囚犯，组成一支六万多人的军队。军中备牛十万头，马三万余匹，驴、骆驼好几万，以供携带粮草。又征发天下犯七科罪的犯人，沿途载运干粮供应军队，转运粮草的车马人众相连不断。又命令水匠先期到达大宛城，断绝大宛城吃水的地下水道。经过一年的准备后，汉太初三年（前102年），李广利率大军从敦煌出发，再度攻伐大宛。
这次军队众多，所行沿途小国慑于汉军的兵威，纷纷打开城门，供应军队粮草。到了仑头国，仑头不肯出降，汉军攻打几天，把仑头全国人都消灭掉了。汉军威风大增，军队长驱直入，三万大军攻击大宛。大宛国王派兵迎击汉军，被汉军打得大败，退保都城。李广利指挥军队包围城池，引决大宛的水源，大宛城深受困扰。攻打四十多天，攻破了外城，俘虏了大宛贵人勇将煎靡。大宛兵非常恐惧，纷纷逃入中城。大宛贵人相互计议说：“汉出兵攻打我们的原因，是因为大王母寡藏匿良马并杀掉汉使者，如果我们杀了母寡而献出良马，汉兵就会撤兵；假如汉兵还不撤兵，那时我们再死战。”于是，大宛贵人杀了大宛王母寡，拿着他的首级到李广利军中请求说：“你们不要再攻打了，我们尽献出良马，任你们选取，并且开仓供应军队粮草。如果你们还攻打的话，我们就杀光所有良马，等待康居国的军队来救我们。那时，我们和康居的军队里应外合，不见得能失败。请你们仔细考虑。”李广利与赵始成、李哆均认为，现在大宛国王被杀，良马也可以得到，战争的目的已经达到，就同意了大宛贵人的请求。大宛尽献国中良马，随李广利前来的熟悉马匹的两个执驱都尉，选取上等好马数十匹、中马以下雌雄三千多匹。并立原来和汉使者比较友好的大宛贵人味蔡为大宛国王，和他结盟罢兵。汉军退出大宛。
汉军攻下大宛后，康居、乌孙等国，慑于汉兵的威力，纷纷与汉结好。李广利大军撤回途中，沿途的小国听说汉军攻破了大宛，都命自己的子弟随从大军到汉朝进贡，拜见汉武帝，并留下子弟作为人质，以表示臣服汉朝。以后，汉派使者十余批到大宛西边诸国，寻求奇异珍物，并告谕宣扬汉军攻破大宛的军威。从此，敦煌酒泉设置都尉，向西至盐水，设置要塞，有田卒数百人，守种田地储积粮食，以供应汉出使使者。中西交通进一步开拓。
征伐大宛的诸将也得到汉武帝的封赏，贰师将军李广利被封为海西侯，军正赵始成封为光禄大夫，上官桀为少府，李哆为上党太守。军中官吏做九卿的有三人，被封为诸侯相、郡守、食二千石俸禄的有一百多人，千石以下的禄位有一千多人，赏赐士卒共四万金。攻伐大宛两次往返，前后四年。
李陵降匈奴
李陵，西汉骁骑将军李广之孙，李广长子李当户的遗腹子。祖籍槐里（今陕西省兴平县）。李陵壮年以后，被选拔为建章营羽林军的长官。他善骑射，爱人下士，因李家世代为将，所以朝廷让他率领八百名骑兵。后来李陵升为都尉，掌管丹阳境内的楚人5000人，在酒泉、张掖一带教练射术，以防备匈奴。
汉天汉二年（前99年），汉将贰师将军李广利带领30000骑兵，在祁连天山攻打匈奴右贤王。杀死匈奴10000多人，撤回途中被匈奴重兵围困。此时，汉军已缺粮数日，死伤者甚多，假司马赵充国身陷胡阵，负伤二十多处，贰师将军派兵才得以解脱。后来，汉廷又出兵西河，与强弩都尉路博德会合于涿邪山，但却没能取得什么战果。
此时，武帝诏见李陵，派他带领步乐弓箭5000名，从居延出发去分散匈奴的兵力。李陵随即叩头请战说：“我的守边士卒都是武艺高强的勇士奇材，愿自带一队人马到兰干山南以分散匈奴的兵力。”武帝说：“我发的兵很多，已经没有骑兵给你了。”李陵说：“没骑兵，我愿以少击众，带步兵5000人进入匈奴的要地。”武帝同意后便下诏给路博德，令他半路去接应李陵的军队。路博德羞于做李陵的后援，因而上奏说：“现在正是秋季，匈奴的马膘肥体壮，不好与之交战，希望留李陵将军到春天一齐出击。”武帝听后恼怒，怀疑是李陵反悔不愿出击才让路博德上书的。因而令路博德率兵去攻打西河，李陵九月再出兵。于是李陵出遮虏障地区，到东浚稽山南龙勒水上，察看敌情，见没什么情况便回到受降城宿营，人家里率其步兵5000人出居延，北行三十日，到达浚稽山，观察了山川地形后，派部下陈步兵回朝报讯，陈步乐说：“李陵正率领得力的士卒与匈奴以死相拼。”武帝非常高兴，随即拜陈步乐为郎。
李陵在浚稽山与单于相对，单于骑兵30000包围了李陵的部队。汉军深居两山之间，以车为营，李陵率士卒出营，令前边的士卒拿戟盾，后面的拿弓箭，单于见汉军人少，就直取李陵的大营，汉军千弩即发，匈奴士卒应弦而倒，胡兵逃回山上，汉军追击并杀死他们数千人。单于大惊，召当地骑兵80000来攻打李陵。汉军边战边撤，几日后到达一山谷中，军中士卒多数受伤，李陵命令士卒，伤三处者坐车，两处者推车，伤一处者继续。又杀死胡兵2000多人。李陵率兵沿龙城向东南走了四五日，到了一大片芦苇荡中，胡兵顺风放火，李陵也命令士卒放火用以自救。李陵又南行到达山下，单于在南山上，派他的儿子率骑兵攻击李陵，汉军在林间与胡兵进行了地面战斗，又杀死胡兵数千人，发箭连射单于，单于下山逃走。据当时捕到的胡兵讲：“单于说：‘这是汉朝的精兵，攻其不下，日夜引我们南行靠近边塞，难道会真的没有伏兵？’部下们说：‘单于大王率数万骑兵亲自与李陵几千步兵交战都没能取胜，以后匈奴就再也没有能够守边的人了，现在恶战山谷，离平地还有四五十里呢，我们不好取胜，应该撤回。”
此时，李陵的军情已非常紧急，一天要打数十个回合，又杀伤匈奴2000多人。胡军交战失利正要撤退。这时汉军的军侯管敢被韩延年所辱，投降了匈奴。单于得知：汉军现在是兵无后援并且箭支已尽，只有李陵和韩延年各带的八百名士兵在前面，只需精骑一射即可击破。单于大喜，立即派兵，一方面夹击汉军，一方面诱导李陵和韩延年投降。汉军在山谷中，四面箭如雨下，最后汉军南撤至汗山，50万只箭全部用完，士卒只剩下2000多人，他们有的拿着拆下的车条，有的拿着刀到达山谷，单于派兵挡住他们的去路，顺势往下抛石头，李陵士卒伤亡惨重。晚上李陵换便衣独自出营，劝住左右的人说：“不要随我，我一人去取单于的头。”很久，李陵归来，叹息说：“我们兵败将死。”于是将旌旗、珍宝埋入地下，李陵说：“再有几十只箭，我们就可脱险，现已无兵器可用了。天亮就要被俘，大家各自散去，能逃脱的再回去报效朝廷吧。”半夜，李陵、韩延年都上了马，十几名壮士跟着他们，单于数千骑兵追杀其后，韩延年战死，李陵说：“我已没有脸再回汉廷去见皇帝了。”于是就投降了匈奴，他的军队全军覆没，能逃回汉朝的只有400多人。
