汉武帝果断地任命卫青为车骑将军，迎击匈奴。这次用兵，汉武帝分派四路出击。车骑将军卫青直出上谷，骑将军公孙敖从代郡（治代县，今山西大同、河北蔚县一带）出兵，轻车将军公孙贺从云中（今内蒙古托克托东北）出兵，骁骑将军李广从雁门出兵。四路将领各率一万骑兵。卫青首次出征，但他英勇善战，直捣龙城（匈奴祭扫天地祖先的地方），斩首 700人，取得胜利。另外三路，两路失败，一路无功而还。汉武帝看到只有卫青胜利凯旋，非常赏识，加封关内侯。（
）公元前128年（元朔元年）的秋天，匈奴骑兵大举南下，先攻破辽西，杀死辽西太守，又打败渔阳守将韩安国，劫掠百姓两千多人。汉武帝派李广镇守右北平（今辽宁省凌源西南），匈奴兵则避开李广，而从雁门关入塞，进攻汉朝北部边郡。汉武帝又派卫青出征，并派李息从代郡出兵，从背后袭击匈奴。卫青率三万骑兵，长驱而进，赶往前线。卫青本人身先士卒，将士们更是奋勇争先。斩杀、俘获敌人数千名，匈奴大败而逃。（
）公元前127年（元朔二年），匈奴集结大量兵力，进攻上谷、渔阳。武帝派卫青率大军进攻久为匈奴盘踞的河南地（黄河河套地区）。这是西汉对匈奴的第一次大战役。卫青率领四万大军从云中出发，采用“迂回侧击”的战术，西绕到匈奴军的后方，迅速攻占高阙（今内蒙古杭锦后旗），切断了驻守河南地的匈奴白羊王、楼烦王同单于王庭的联系。然后，卫青又率精骑，飞兵南下，进到陇县西，形成了对白羊王、楼烦王的包围。匈奴白羊王、楼烦王见势不妙，仓惶率兵逃走。
汉军活捉敌兵数千人，夺取牲畜一百多万头，完全控制了河套地区。因为这一带水草肥美，形势险要，汉武帝在此修筑朔方城（今内蒙古杭锦旗西北），设置朔方郡、五原郡，从内地迁徙十万人到那里定居，还修复了秦时蒙恬所筑的边塞和沿河的防御工事。这样，不但解除了匈奴骑兵对长安的直接威胁，也建立起了进一步反击匈奴的前方基地。《史记》《汉书》盛赞此仗汉军“全甲兵而还”，卫青立有大功，被封为长平侯，食邑3800户。（
）匈奴不甘心在河南地的失败，一心想把朔方重新夺回去，所以在几年内多次出兵，但都被汉军挡了回去。公元前124年（元朔五年）春，汉武帝命卫青率三万骑兵从高阙出发；苏建、李沮、公孙贺、李蔡都受卫青的节制，率兵从朔方出发；李息、张次公率兵由右北平出发。这次总兵力有十余万人。匈奴右贤王认为汉军离得很远，一时不可能来到，就放松了警惕。
卫青率大军急行军六、七百里，趁着黑夜包围了右贤王的营帐。这时，右贤王正在帐中拥着美妾，畅饮美酒，已有八九分醉意了。忽听帐外杀声震天，火光遍野，右贤王惊慌失措，忙把美妾抱上马，带了几百壮骑，突出重围，向北逃去。汉军轻骑校尉郭成等领兵追赶数百里没有追上，却俘虏了右贤王的小王十余人，男女一万五千余人，牲畜有几百万头。
汉军大获全胜，高奏凯歌，收兵回朝。汉武帝接到战报，喜出望外，派特使捧着印信，到军中拜卫青为大将军，加封食邑8700户，所有将领归他指挥。卫青的三个儿子都还在襁褓之中，也被汉武帝封为列侯。卫青非常谦虚，坚决推辞说：“微臣有幸待罪军中，仰仗陛下的神灵，使得我军获得胜利，这全是将士们拚死奋战的功劳。陛下已加封了我的食邑，我的儿子年纪尚幼，毫无功劳，陛下却分割土地，封他们为侯，于是卫青三子在襁褓中被封为列侯，长子卫伉为宜春侯，次子卫不疑为阴安侯，幼子卫登为发干侯，均食邑1300户。（
）经过几次打击，匈奴依然猖獗。入代地，攻雁门，劫掠定襄（今山西省定襄）、上郡（今陕西绥德县东南）。元朔六年（公元前124年）二月，汉武帝又命卫青攻打匈奴。公孙敖为中将军，公孙贺为左将军，赵信为前将军，苏建为右将军，李广为后将军，李沮为强弩将军，分领六路大军，统归大将军卫青指挥，浩浩荡荡，从定襄出发，北进数百里，歼灭匈奴军数千名。
这次战役中，卫青的外甥霍去病率800精骑首次参战，取得了歼敌两千余人的辉煌战果，夺取了河套地区。战后全军返回定襄休整，一个月后再次出塞，斩获匈奴军一万多名，取得了辉煌战果。
出使西域，和亲乌孙汉武帝在发动对匈奴战争同时，他派张骞两次出使西域，获得了大量前所未有的西域资料，打通了着名的丝绸之路，进一步加强了与西域的联系，促进了西域社会的进步，丰富了中原的物质生活，并发展了中西经济文化的交流；元封六年（公元前105年），为了联合乌孙抗击匈奴，封刘细君为公主和亲乌孙。[灭朝鲜，收南越在东北方，他派楼船将军杨仆、左将军荀彘兵灭卫氏朝鲜（今朝鲜北部），置乐浪、玄菟、临屯、真番四郡，汉帝国的版图至此基本成形。在南方，派中郎将唐蒙通夜郎、伏波将军路博德、楼船将军杨仆灭南越，使得夜郎、南越政权归附汉朝，在西南先后设立了七个郡，其中在今海南岛置儋耳郡、珠崖郡，也就是今天的海南岛与南海诸岛的地区。疆土最南端超过今天越南胡志明市，这也使得今天的两广地区自秦朝后重归中国版图。
历史评价CCTV播出的《汉武大帝》片头是这么评价汉武帝的：他建立了一个国家前所未有的尊严他给了一个族群挺立千秋的自信他的国号成了一个伟大民族永远的名字这样高的评价在中国的历史剧中是很少见的。汉武帝是第一个用“罪己诏”进行自我批评的皇帝。
征和四年（公元前89年），汉武帝向天下人昭告：自己给百姓造成了痛苦，从此不再穷兵黩武、劳民伤财，甚至表白内心悔意。这就是《轮台罪己诏》。这份诏书，是中国历史上第一份帝王罪己诏。敢于罪己，置自己过失于天下舆论中心，汉武帝无疑是第一人！至此，后代皇帝犯了大错，也会下“罪己诏”，公开认错，展示明君姿态。直言敢谏的汲黯曾批评汉武帝：皇上杀人太多，即使平日信任的人，也不予宽恕，这样搞下去，天下人才早晚都会被杀光。
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