对于汉朝而言，由于此次战败，导致损兵折将十分严重，而对于匈奴来说，且鞮侯单于却是凭借此战声望大增，迅速稳固了自己的统治，匈奴各部得知消息纷纷投效。
更为严重的是，随着汉朝败于匈奴消息的传播，原本已经倾向于汉朝的西域各国，又开始重新变得摇摆了起来，导致汉朝多年来的努力几乎全部付诸东流。
天汉二年（前99年），得知汉军战败的消息，车师国又一次倒向了匈奴。接到奏报，汉武帝立即封归降汉朝的匈奴介和王成娩为开陵侯，命其率领楼兰国军队进攻车师国。
因为此前有赵破奴七百骑攻破楼兰和车师的先例，这次开陵侯率领的兵马并不多，他率领本部人马抵达楼兰后，将楼兰士兵召集了起来，然后自楼兰发兵进攻车师。此战，是继赵破奴攻破车师之后，汉匈“五争车师”中的第二战。
匈奴得知汉军出兵车师的消息后，右贤王立即派万余骑千里驰援车师，开陵侯成娩因为兵少，在与匈奴一番激战后，最终战败退兵，汉军争夺车师以失败告终。此战的失败，表明汉朝尚无法在短期内彻底控制车师地区。
天汉三年（前98年）秋，匈奴又大举入侵雁门关，烧杀掳掠一番后扬长而去。接到奏报，汉武帝大为恼怒，立即派人前往雁门郡，以畏缩惧敌为由，将雁门太守处死。
自此以后，匈奴南下活动越来越频繁，大有重新返回漠南的趋势。
为了扭转对匈奴作战的不利形势，制止匈奴频繁南掠，汉武帝决定对匈奴发动大规模的反击，重新将匈奴势力驱逐出漠南、赶回漠北。
为此，从天汉三年开始，汉武帝便开始为出兵匈奴做准备。为了补充军费，汉武帝甚至根据少府的建议，推行榷酒酤制度，禁止民间酿酒，将酿酒收归朝廷专卖。
天汉四年（前97年）春，汉武帝征发全国内应该强制服役的“ 吏有罪，亡命，赘婿，贾人，故有市籍，父母有市籍，大父母有市籍”等七种人，兵分四路大举进攻匈奴。
其中，以贰师将军李广利率骑兵六万、步兵七万出朔方郡，目标直指匈奴单于庭；强弩将军路博德率万余人出居延塞；游击将军韩说率步兵三万出五原郡；因杅将军公孙敖率万骑、步兵三万出雁门郡。
彼时，汉武帝从李陵残部口中已经得知了李陵与匈奴大军血战的经过，知道李陵乃是被迫投降匈奴，因此在此次出征前，汉武帝召见公孙敖，特地交代他，如果可能的话，将李陵接回汉朝。
此次战争，乃是继“漠北之战”后，汉军又一次大规模远征漠北地区。不过，相较于当初的“漠北之战”，历经多年的战争，汉朝的战马损失十分严重，已经无力像当初那样征调十几万匹战马，组成纯骑兵部队发动远征，而只能采用步骑混编的方式，确保远征部队拥有充足的兵力。
然而，正是因为此次出征的军队是步骑混编，使得汉军的行军速度大受影响，而这则给了匈奴人充足的应对时间。
且鞮侯单于得知汉军大规模北上的消息后，命令各部将妇孺家眷和财产全部北迁至余吾水（今蒙古国土拉河）以北，防止遭到汉军的劫掠，同时召集匈奴各部军队，共汇集十余万骑兵，于余吾水南岸驻扎，静待汉军的到来。
等到汉军历经长途跋涉，好不容易穿过了沙漠戈壁，踏上漠北土地。接到消息的且鞮侯单于，不等汉军站稳脚跟，便分别对几路汉军发动了进攻，其中派遣左贤王率军数万，迎战东路的公孙敖军，自己则亲率十万匈奴主力，迎战西部的李广利主力大军，以及与李广利会师的路博德所部。
李广利得知匈奴大军杀来，连忙命令步兵以战车布阵坚守，自己则亲率骑兵在外围游击，这才顶住了匈奴大军的进攻。
此后，李广利率军与且鞮侯单于在余吾水以南多次交战，虽然李广利和路博德两路汉军会师后，兵力远在匈奴之上，但以步兵为主的汉军，行动却不如匈奴骑兵迅捷，更多以被动应对为主，而难以主动发动进攻。
匈奴军队虽然凭借骑兵的机动优势，牢牢掌握着战场主动权，但由于汉军兵力充足，且应对得当，匈奴大军根本无法突破布阵坚守的汉军阵型，一时间也无法取胜。
双方激战十余日，结果互有胜负，折损兵力也大致相当，谁也无法彻底击败对方。
不过，汉军虽然顶住了匈奴军队的进攻，但随着时间的推移，形势对汉军来说却是越来越不利。原因很简单，匈奴毕竟是主场作战，在后勤补给方面拥有着绝对优势，而汉军不仅是长途奔袭，更由于步骑混编行军较慢，仅是在途中便消耗了大量粮草，虽然后方仍在源源不断的向前线输送粮草，但毕竟路途遥远，补给运送十分困难。
与匈奴交战十余日后，眼见粮草即将告竭，李广利在无法取得决定性胜利的情况下，为了避免全军陷入困境，只能率领军队撤退。
除了李广利和路博德两路汉军，其余两路汉军的进展同样十分不顺。
公孙敖与李广利遇到了同样的问题，由于其麾下军队以步兵为主，在与左贤王的交战中完全处于被动。李广利尚且能够依靠兵力优势，与且鞮侯单于纠缠十余日而不至于战败，公孙敖的兵力却是不占任何优势，只是与左贤王相当，结果数场大战下来，公孙敖损兵折将十分严重，最终兵败被迫撤军。
至于游击将军韩说，由于其麾下三万军队皆为步兵，行军速度极慢，且鞮侯单于根本没有将其放在眼中，以至于他始终没有找到匈奴军队，最终无功而返。
此战，汉军由于战马不足，无法像早年那样，组织起大规模的骑兵军团，对匈奴发动长途奔袭，受步兵行军速度影响，军队行动较为迟缓，给了匈奴充分准备的时间，再加上迫于沿途的补给问题，不得不分兵多路进击，无法形成优势兵力，最终形成了对峙的局面，导致没有取得什么大的战果。
大军班师之后，得知战果的汉武帝大失所望，李广利、路博德因为斩获折损相当，尚且能够功过相抵；韩说因为未与匈奴遭遇，虽然无功，却也无过。四路大军之中，只有东路的公孙敖，由于损兵折将过多，遭到汉武帝的痛斥。
公孙敖遭到训斥后，担心会因战败被问罪的他，为了替自己脱罪，便对汉武帝谎称，“听俘虏讲，李陵在帮助单于练兵对付汉军，所以我们没能接到他。”直接将自己战败的责任归咎于李陵，毕竟李陵作为汉朝将领，对于汉军作战方式极为熟悉，如果他真的背叛了汉朝，那么自己的战败也就说得过去了。
正所谓“期望越大，失望越大”，对于自己从小看着长大的李陵，汉武帝的期望极大，当初以为其战败身死，汉武帝感到十分悲伤，还准备宽慰他的家人，即便后来得知他是投降了匈奴，心中也没有过多的责备，更没有因此牵连他的家人。后来，在得知李陵是因为力战不敌被迫投降后，汉武帝更是派人慰问其残部，甚至在出兵匈奴之前，还特意嘱咐公孙敖找机会将其接回。
这么多年来，汉武帝何曾对一个战败将领如此用心？如今得知李陵竟然真心归附匈奴，还帮着匈奴人练兵对付汉朝军队，导致此次出战损兵折将、无功而返，汉武帝岂能不恼。
盛怒之下，汉武帝下令将李陵全家处以族刑，其母亲、兄弟和妻子全部被牵连诛杀。消息传开之后，陇西一带士人更是以李陵不能死节而累及家族为耻。
由于公孙敖的诬告，不仅李陵的家人遭到牵连被杀，就连此前替李陵求情的司马迁也遭受牵连，被以“欲沮贰师，为陵游说”定为诬罔之罪，诬罔之罪属于大不敬之罪，按律应当处斩。
司马迁是左冯翊夏阳（今陕西韩城市）人，幼年时在父亲司马谈指导下读书识字，十岁便能熟读《尚书》《左传》《国语》《系本》等书。后其父担任太史令，司马迁留在老家耕读放牧，年纪稍长后，又根据父亲的指示学游天下，后回京担任郎中。
汉武帝元封元年（前110年）春，汉武帝于东巡渤海返回途中，在泰山举行封禅大典，司马谈虽然参与了封禅礼仪的制定，但却因病滞留周南，因未能亲自参与而深感遗憾，并因此导致病情加重。
弥留之际，司马谈嘱咐司马迁，说司马家祖上曾在上古虞舜、夏禹时主管天文工作，周朝时又担任太史，长期从事着记录史料的工作，因此自己一直以来都致力于撰写一部通史，并为此整理了大量资料，可惜没有时间完成了，希望司马迁能够继承自己的遗愿，完成史书的撰写工作。
多年来，司马迁一直秉承父亲遗志，多方收集资料撰写史料，一心想要完成史书的撰写工作。如今面对死刑，司马迁并未因为生死感到恐惧，反而担心书未写成，辜负了父亲的一番期望，更担心书未成、名未立，自己这一死如九牛亡一毛，与蝼蚁之死无异。
绝望之中，司马迁想到了大量古人先贤，以周文王拘于囚室而推演《周易》，孔仲尼困厄之时着作《春秋》，屈原遭受放逐才赋有《离骚》，左丘明失明乃有《国语》，孙膑遭膑脚之刑后修兵法，吕不韦被贬蜀地才有《吕氏春秋》传世，韩非被囚秦国而作《说难》和《孤愤》《诗》三百篇等人的故事激励自己。
最终，为了完成未竟的事业，司马迁毅然决定了以腐刑赎身死。此后，在坚忍与屈辱中，司马迁继续坚持创作，这才有了史学巨着《史记》的诞生。
远在匈奴的李陵，得知了家人被处死的消息后，万分悲伤，原本被迫投降匈奴的他，还曾一心想要回到汉朝，如今却算是彻底死心了。
后来，有汉朝使者来到匈奴，李陵质问使者，“我为汉朝领步卒五千横扫匈奴，因无救援而败，有什么对不起汉朝而要杀我全家？”
使者回复说，“陛下听说李少卿在为匈奴练兵。”
李陵闻言，不禁悲从中来，说道，“那是李绪，不是我李陵。”
李绪本来是汉朝的塞外都尉，奉命驻守奚侯城。然而，在匈奴大军南下掠边时，担负着戍边职责的李绪，竟然没有丝毫抵抗便投降了。投降匈奴后，为了获得匈奴单于的重用，李绪又积极帮助匈奴人练兵，单于果然因此对其礼遇有加。
李陵得知事情原委后，恼恨李绪为匈奴练兵而导致自己全家被杀，于是派人将李绪刺死。
事发后，大阏氏要杀掉李陵，但且鞮侯单于却十分欣赏李陵，一心想要将其招降，如今得知李陵全家被汉朝皇帝所杀，更是感到事有可为，岂会为了一个软骨头李绪而处罚李陵。为了保护李陵，单于将他藏到了北方，谎称已经将其处死，直到大阏氏死后才接回来。
单于为了招降李陵，提议将女儿嫁给他，李陵因为母亲妻子兄弟皆死，心灰意冷的他早已没有了返回汉朝的念头，便答应了下来。且鞮侯单于大喜过望，遂封他为右校王，使其成为了匈奴掌权的贵族。
使者返回朝廷后，将与李陵的对话禀告了汉武帝，汉武帝这才意识到自己上了公孙敖的当，遂以兵败失责和欺君罔上两项罪名问罪公孙敖，判处其腰斩之刑。
然而，在执行刑罚之时，却不知道公孙敖用了什么手段，竟然诈死逃脱，此后隐居民间，直到数年之后才被发觉，重新遭到逮捕。