卫青派人连夜追击，但是没有追上单于，路上却也歼敌上万，还抢得了匈奴的大批粮草。另一路的霍去病也从另一个方向穿过大沙漠，与匈奴的左、右贤王相遇，霍去病对匈奴发起了猛烈的攻击，匈奴被汉军大败，匈奴的屯头王、韩王等都被汉军所俘虏，自损一万歼敌其万余人，所以匈奴左、右贤王的兵马其实差不多都已经没了。左贤王弃军而逃，霍去病乘胜追击，到了狼居胥山的时候祭天地之后，得胜而归。

这一战匈奴将近损失了九万余人，可以说是元气大伤，之后实力也日渐衰弱，但是汉军其实也是后备空虚无法发起有利的进攻了，导致匈奴的根本威胁没有被根除。但是总的说来还是算汉军在这次漠北之战中获得了胜利。