西汉元朔五年（公元前124年）至六年，在西汉与匈奴的战争中，刘彻三次派出十万大军，反击内蒙古地区（蒙古大沙漠以南）右贤王部和伊稚斜单于的作战。

元朔二年，河南省（今黄河河套南内蒙古自治区鄂尔多斯市一带）之战（参见河南战役）后，匈奴不甘心失败，先后袭掠代郡（郡治代县、今河北蔚县东北代王城）、雁门（郡治善无，今山西右玉城南）、定襄（郡治成乐，今内蒙古和林格尔县西北土城子）、上郡（郡治肤施，今陕西榆林市南鱼河堡）等地。右贤王率骑数攻汉边郡，并入河南，袭扰朔方郡（今内蒙古杭锦旗北），杀掳民众。

刘彻遂决定对右贤王和匈奴单于发起反击。五年春，武帝以10余万骑兵反击右贤王。以车骑将军卫青率3万骑出高阙（今内蒙古狼山中部计兰山口），并指挥游击将军苏建、强弩将军李沮、骑将军公孙贺、轻车将军李蔡四位将军俱出朔方，远程奔袭右贤王庭；同时，以大行李息、岸头侯张次公为将军率部出右北平市（郡治平刚，今辽宁凌源西北），牵制左贤王部。

卫青军出塞数百里，乘夜包围袭击右贤王。右贤王毫无防备，率数百精骑逃走。卫青俘获其男女1.5万余，牲畜数十万头。

六年春，刘彻命大将军卫青率中将军公孙敖，左将军公孙贺，前将军赵信，右将军苏建，后将军李广，强弩将军李沮等六将军共10余万骑出定襄县击匈奴，斩首数千而还，休整于定襄、云中、雁门。

同年夏，卫青率六将军10余万骑又一次出定襄击匈奴，斩杀和俘虏1万多人。两出定襄累计斩杀匈奴1.9万人。

西汉收复河南地的第二年，匈奴军臣单于死，其弟左谷蠡王伊稚斜单于自立为单于，发兵攻破军臣单于太子于单。于单兵败降汉，汉武帝封其为涉安侯，不久死于汉。

伊稚斜单于即位后，对西汉边郡进行了更加频繁的袭扰。

刘彻元朔三年（公元前126年）夏，匈奴万骑侵入代郡，杀太守恭友，掠略千余人而去。

其秋，匈奴又入雁门，杀掠千余人。

第二年，匈奴兵分3路，每路3万骑，入代郡、定襄县（今内蒙古自治区和林格尔县东北）、上郡，杀掠数千人。

匈奴右贤王对西汉收复河南地，筑朔方城县，更是怨恨之极，数次进袭朔方，杀掠吏民甚众，企图夺回河南地。

为了确保朔方，给予匈奴进一步的打击，汉武帝决定实施第二步战略计划，发兵十余万，进攻盘踞内蒙古地区的匈奴右贤王。汉军兵分两路，以中国工农红军西路军为主攻方向，由卫青直接统领3万骑兵，出高阙北进，并指挥游击将军苏建、强弩将军李沮、骑将军公孙贺、轻车将军李蔡等统兵数万，出朔方，直接进攻右贤王的王庭。东路军由大行李息、将军张次公率领，统数万骑兵，出右北平市，进击匈奴左贤王，牵制其兵力，策应卫青军的进攻。

元朔五年（公元前124年）春，卫青率大军出塞，乘夜悄悄包围了右贤王的王庭（约在今蒙古国南戈壁省）。右贤王自以为王庭距汉境遥远，汉军不可能奔袭至此，因此未做任何防备，当夜右贤王还喝醉了酒。卫青乘机指挥汉军发起突然进攻，匈奴立刻乱作一团，右贤王从梦中醒来，大惊失色，无法组织抵抗，急忙携爱妾，领数百精骑突围逃走。卫青急令轻骑校尉郭成等率军向北追击。郭成等追赶了数百里，见无法赶上，才返回。此战，汉军俘获右贤王部众男女15000人，裨王（匈奴小王）十余人，牲畜数十万头，大获全胜。李息、张次公统率的东路军也取得了胜利。

当汉军凯旋回至边塞时，刘彻派出的使者手捧大将军印信赶到军中，拜卫青为大将军，加封食邑八千七百户，所有将领统归卫青指挥。其余各将也都被大加封赏。为了嘉奖卫青，汉武帝甚至封卫青3个尚在襁褓的儿子为侯，分别封为宜春侯（卫伉）、明安侯（卫不疑）、发干侯（卫登）。卫青推辞，汉武帝坚决不准。

匈奴右贤王失败后，伊稚斜单于极不甘心，同年秋天，他派出1万余骑兵袭入代郡，杀代郡都尉沐英，劫掠千余人而去。

为了寻歼匈奴，巩固边防，元朔六年（公元前123年）春，刘彻令大将军卫青从定襄县出兵，公孙敖做中将军，公孙贺为左将军，赵信为前将军，苏建做右将军，李广做后将军，李沮做强弩将军，率领十万骑兵，斩杀敌人几千人而回。一个多月后，他们又全都从定襄出兵攻打匈奴，杀敌一万多人。

卫青的外甥、骠骑校尉霍去病（公元前140年～前117年）初次参加对匈奴作战，时年仅17岁。他率800骑兵，追击数百里，斩获匈奴2000余人，杀伊稚斜单于大行父（与单于祖父同辈）藉若侯产，俘单于叔父罗姑及匈奴相国、当户等高官，全身而返。刘彻以其功冠全军，封为冠军侯，赐食邑二千五百户。

这次战役，卫青将赵信和苏建两支军队合为一部，与大军分开行进，结果他们单独遇上伊稚斜单于军，3000余汉骑与数万匈奴骑兵搏杀，激战日余，汉军不支，几乎全军覆没。赵信原本是匈奴降将，降汉后受封侯，他见匈奴军势众，发生动摇，领800残军投降匈奴。苏建单骑突围逃回。卫青不愿擅杀大将，遣人将苏建送押长安。汉武帝赦免苏建，将其贬为庶人。

赵信降匈奴后，向伊稚斜单于献策，将匈奴人畜军队向北迁移，诱使汉军深入，乘其远来极疲时，再给予打击。伊稚斜单于见汉军日强，便采纳了这个建议，下令撤离内蒙古地区地区，向漠北远移，同时派军继续袭扰汉边。

第二年，左贤王率万骑又入上谷，杀数百人。

在两出定襄县的战役中，汉军改变了以前临战临时编组军队的作法，建立了中、左、右、前、后诸军，由大将军卫青统一指挥，并直接掌握强弩军，从而提高了诸军协同作战的能力。这是刘彻对匈奴用兵以来，军队编组最为严密的一次。但在实战中，由于通信联络不畅，未能协调好右侧防卫军，导致其单独遇上匈奴单于军，3000余骑全军覆没。汉军两出定襄，虽共歼敌19000骑，但并未达到袭歼伊稚斜单于本部的预期目的。汉武帝以这次军功不多，赏主帅卫青千金，未再益封。

漠南之战是一个打得有点奇怪的仗，史记中对此战记载不详，因此后世的评价也不一致。汉军此战是第一次跟匈奴单于主力对战，带有一定试探的性质，所以卫青打得很小心。

农历二月第一次出塞，杀敌三千后即退回关内修整。据史家推测，汉军这次应该是遭到匈奴伏击，己方损失惨重，所以卫青退回关内，等待刘彻的下一步指示。

农历四月，汉军再次出塞，这次虽然斩敌1万，但是苏建和赵信带领的三千人马全军覆灭，苏建独自逃回，赵信投降了匈奴，成为匈奴单于的左膀右臂。

严格说来，汉军这次出塞是以失败而告终，事后武帝没有对卫青加封。但是，虽然整体上失败了，霍去病的胜利却给汉武帝大大地长了脸。他率800轻骑，离开大军，独自追击匈奴数百里，偷袭了匈奴一个营地，斩敌2028，俘获了一大批身份重要的匈奴人。

漠南之战的挫折说明，中期作战，卫青兵团遇到不可克服的问题就是，匈奴已经清楚汉庭意图，后撤形成战略纵深，卫青兵团不敢长驱直入，怕被匈奴穿插分割，证明卫青兵团做战依然是改进型的阵地战，并未形成有效的高机动运动模式，从战略上对匈奴未形成威慑。

汉朝在两年内连续三次发出十万大军攻打匈奴，给国家经济造成沉重的负担。元朔六年（前123年）的战役中，汉朝军士、马匹损失十多万，兵器甲仗等物水陆运输的费用还都不计算在内，汉朝倾尽库藏钱和赋税收入仍不足以供给战士的费用。刘彻于这一年设立武功爵，令百姓出钱买爵并得以缴纳赎金减免禁等罪刑，以补充军需。匈奴北迁，也对汉军反击造成了军事和经济上的双重压力。

漠南之战虽然取得了胜利，但是并没有完成汉武帝歼灭匈奴主力的战略目标，匈奴兵马仍可以大肆劫掠汉境，来去如风。所以战役结束后，汉武帝虽然对霍去病褒奖有加，但却未给卫青赐封行赏，说明他对这个战役的结果并不满意。