霍去病迎击匈奴
在这个期间，卫青的外甥霍去病英勇无匹，将匈奴逐于漠北。
公元前 119年春，为了彻底解决匈奴，汉武帝决定出击漠北。汉武帝召集诸将后说：“匈奴单于采纳降臣赵信的建议，远走沙漠以北，认为我们汉军不能穿过沙漠，即使穿过，也不敢多作停留。这次我们要发起强大的攻势，达到我们的目的。”
此战，武帝派大将军卫青、骠骑将军霍去病各率精锐骑兵五万人，分作东西两路，远征漠北。为解决粮草供应问题，汉武帝又动员了民间马匹四万多，步兵十余万人负责后勤保障。
原计划远征大军从定襄北上，由霍去病率骁勇善战的将土专力对付匈奴西线的单于主力。后来从俘获的匈奴兵口中得知匈奴单于伊稚斜的主力不在汉军预计位置，于是汉军重新调整战斗序列。汉武帝命霍去病从东线的代郡出塞，卫青从定襄出塞寻找单于伊稚斜决战。
卫青的军团以李广为前将军，公孙贺为左将军，赵食其为右将军，曹襄为后将军。卫青考虑到前将军李广年纪已高，就没让他担任先锋，而是与右将军赵食其两军合并，在中军右翼出击。卫青自己率左将军公孙贺、后将军曹襄从正面进兵，直入沙漠扑向单于主力。
得知消息后，赵信向伊稚斜单于建议：“汉军不知道厉害，竟打算穿过沙漠。到时候，人困马乏，我军应以逸待劳，就可以俘虏他们。”单于于是下令所有的粮草辎重，再次向北转移，而把精锐部队埋伏在了汉军可能到达的地点。
网络配图
卫青大军急行一千多里，终于越过大沙漠，但形势并不好。他们与早以严阵以待的匈奴军遭遇。卫青临危不惧，命令部队用武刚车(铁甲兵车)迅速环绕成一个坚固的阵地，然后派出5000骑兵向敌阵轮番冲击。匈奴人则出动一万多骑兵迎战。双方的激战非常惨烈。当时的战况对于汉军并不好，因为单于的主力是8万精骑，而卫青军团只有5万人。但是，有时候一个人的命运往往不由人力决定。当战役进行到黄昏时分，忽然刮起暴风，尘土滚滚，沙砾扑面，顿时一片黑暗，两方军队互相不能分辨。卫青乘机派出两支预备队，从左右两翼迂回到单于背后，包围了单于的大营。伊稚斜单于发现汉军数量如此众多，而且人壮马肥，士气高昂，大为震动，知道无法取胜，就慌忙跨上马，在随行护卫的保护下奋力突围。向西北方向飞奔而去。
这时，夜幕已经降临，战场上双方将士仍在喋血搏斗，喊杀声惊天动地。卫青得知伊稚斜单于已突围逃走，马上派出轻骑兵追击。匈奴兵不见了单于，军心大乱，四散逃命。卫青率大军乘夜掩杀。天亮时战役结束，卫青军团共斩杀并俘虏匈奴官兵至少5万人(有些书籍认为这里卫青军团只歼灭了19000人，其实这19000人是卫青在战役结束后追击单于的过程中的歼敌数字)。卫青大军趁胜挺进，一直打到赵信城(今蒙古乌兰巴托市西)，获得了匈奴屯积的粮草，补充军用。他们在此停留了一天.然后烧毁赵信城及剩余的粮食，胜利班师。不过幽默的是，卫青在班师的过程中，遇到了单于和其残兵，遂顺利击杀了单于。此战，卫青军团不仅击溃了匈奴军队中最为精锐的单于主力，而且杀了伊稚斜，这在战略意义上不言而喻。不过遗憾的是，这次战役中李广部打得不太顺利，卫青于是派人去问责李广，李广羞愤难当，于是自杀，这实在令人慨叹。
另外，霍去病率领的东路军，北进两千多里，扫平了匈奴的祭天圣地狼居胥山，并打挎了左贤王的精骑。俘获了匈奴三个小王以及将军、相国、当户、都尉等83入，消灭匈奴七万多人。
刘彻变样削卫青兵权
此次漠北汉军的两大兵团作战，使匈奴元气惨伤，从此以后，匈奴逐渐向西北迁徙，出现了“漠南无王庭”，匈奴对汉朝的军事威胁基本上解除了。但汉军伤亡也十分惨重。出塞的10万精锐骑兵，班师时只有3万余人，还有当时汉军的军马及辎重马匹共14万匹，还塞时仅余3万不到。汉武帝为表彰卫青、霍去病的大功，特加封卫青为大司马大将军、霍去病为大司马、骠骑将军，两人共同统领全军。这其实是刘彻变样削了卫青的兵权，因为汉建国以来，外戚经常干权，因此虽然卫青低调并于厚道，但刘彻还是不放心。
漠北决战后，至卫青故去之间的14年，汉军也因元气大伤不曾主动出击匈奴。只与高丽(朝鲜)、越国(广西、广东一带的小国)进行了一些小规模战争。
网络配图
家奴出身的卫青如今变成了贵极人臣的大司马大将军，朝中官员无不巴结奉承。这时，平阳公主寡居在家，要在列候中选择丈夫，许多人都说大将军卫青合适，平阳公主笑着说：他是我从前的下人，过去是我的随从，怎么能做我的丈夫呢?左右说：大将军已今非昔比了，他现在是大将军，姐姐是皇后，三个儿子也都封了候，富贵震天下，哪还有比他更配得上您的呢。汉武帝知道后，失笑道：当初我娶了他的姐姐，现在他又娶我的姐姐，这倒是很有意思。于是当即允婚。时迁事移，当年的仆人就这样做了主人的丈夫。这样一来，卫青与汉武帝亲上加亲。但卫青为人谦让仁和，敬重贤才，从不以势压人。另外，在霍去病去世前的一段时间，武帝一直重用霍，很多旧将都投奔了霍去病，但卫青从无怨言，淡然处世。
公元前 106年，大司马大将军卫青去世，汉武帝命人在自已的茂陵东边特地为卫青修建了一座象庐山(匈奴境内的一座山)的坟墓，以象征卫青一生的赫赫战功。
