在東漢早期，匈奴一度比較猖獗。洛陽方面為了修養聲息，暫時對外採取了收縮和忍讓策略。但在歷經了休養生息和接納南匈奴的外部勢力後，逐漸積聚起反擊實力。
公元72年召開的御前會議上，竇固等人回顧了漢武帝時代的抗擊匈奴經歷，建議漢軍大舉先出擊。這就有了後來的稽落山之戰，以及北匈奴勢力的徹底破落。
西部戰略
鮮卑的崛起 已經迫使匈奴向西發展
在東部，由於烏桓和鮮卑已經崛起，北匈奴的統治中心已經整體出現了西遷。所以漢軍的初步打擊目標，被設定為西域東部的伊吾（伊吾縣）和白山（天山北麓地區）。
其中的伊吾由群山環繞，還有伊吾河流經。雪山融水能灌溉五穀和葡萄，還有北部的柳中作為屏障。因為向東越過沙漠就是漢朝的河西，所以是西域的門戶。西漢時，漢朝就和匈奴爆發了「五爭車師」的激烈戰鬥。所以漢朝以竇固為奉車將軍、耿秉為副將，在公元73年2月動員邊境郡縣的郡國部隊、南匈奴、盧水胡和來自烏桓鮮卑的44000騎兵，兵分四路出擊。
今日依然環境較好的伊吾
竇固指揮酒泉、敦煌、張掖三郡甲卒和盧水胡的12000騎，從酒泉塞出發奔赴天山。祭彤和南匈奴左賢王，帶著11000來自山河東、北地等羌胡和匈奴兵，向著北匈奴位於涿邪山一帶的溫禺犢王部落進發。耿秉等人帶領武威、隴西、天水的招募兵和羌胡兵10000人出居延塞（內蒙古額濟納旗東南），向涿野山以西的句林王部落進攻。最後，騎都尉和護烏桓校尉帶領烏桓鮮卑士兵和漁陽、上谷、代郡。雁門等郡國的士卒，出擊涿邪山（滿達勒戈壁）東北地區的區域。
但匈奴已經採取了主動退讓，所以除了竇固之外，各路漢軍的戰績都比較有限。竇固的部下這如約進入天山地區，襲擊了呼衍王部落，斬首千餘級。借著匈奴人不善于堅守城池的劣勢，佔據了伊吾城。這其中就有班超立下的戰功，並恢復了烏孫中斷已久的聯盟關係。烏孫一直在漢匈之間左右逢源，到了家門口的漢軍正好可以強迫他們堅定搖擺的立場。這也為漢軍進入西域，在南疆活動打下了基礎。
屬於斯基泰系的烏孫人再次倒向漢朝
隨後，為了切斷西域對於匈奴人的經濟來源，班超被派往西域的塔裡木盆地執行當時的遠交近攻戰略。這就是「三十六騎平西域」的開端。
次年11月，竇固和耿秉出敦煌崑崙塞，再次再白山一帶擊敗北匈奴，進而進逼把守天山南北通道的車師地區。漢軍一舉擊敗車師前國和車師後國。隨後的金蒲屯田和柳中屯田，也封鎖了北匈奴南下西域的通道。與此同時，班超初步降服了南疆的鄯善、于闐和疏勒，在西域爭取到了幾個較大的盟國。雖然在竇固撤軍之後，捲土重來的北匈奴又佔據了天山以北地區，但是盆地在班超的經營下被阻擋。
班超就是借著這次勝利 進入西域發展
相持與反覆
東漢因為覺得麻煩 一度再次退出西域
公元77年三月，東漢因鞭長莫及和運輸困難，撤銷了伊吾廬屯兵。北匈奴復遣兵南下，這實際上是東漢再次放棄了西域。這也給北匈奴一個發展實力的機會，好在後者因為權力鬥爭和自然災害的打擊而愈加衰敗。
公元83年6月，北匈奴貴族稽留斯等率30000人至五原降漢。公元85年春，又有北匈奴大人車利涿兵等逃亡入塞，投降者73批。北匈奴內部經過多次叛逃，實力已大大削弱。在這樣的背景下，單于甚至主動提出再次和親。
漢朝時的匈奴形象復原
出於招撫外族的目的，漢和帝同意了這一請求。於是北單于派出且渠伊莫訾王來與漢朝貿易。而南單于此時已經有了不小的野心，希望統一南北兩部。於是為了防止北匈奴實力恢復，於是多次出手襲擊北匈奴使團和商隊，並且深入涿邪山搜尋北匈奴部眾，擄掠牲畜和人口。為了制衡南匈奴，度遼將軍一面按照漢軍的首虜率給南匈奴記功，一面加倍償還北匈奴的損失。結果這反而加強了南匈奴北上的積極性。對於當時的北匈奴來說，南有匈奴同胞攻其前，北丁零人攻其後，東有鮮卑人攻其左，西有城邦國家攻其右。
公元87年9月，北匈奴再次大亂，屈蘭儲等58部20萬人至雲中、五原、朔方、北地等郡降漢。北匈奴的實力更加削弱。此時南匈奴單于也上言：建議趁著北匈奴的內亂，希望南匈奴能夠北上討伐北匈奴，讓兩部合併為一國。
持續的天災讓北匈奴經濟損失慘重
外戚因素
風流的竇太后 立主支持北伐策略
南匈奴單于上言的目的，是想借東漢的實力以統一匈奴，野心昭然若揭。朝中多數大臣都持反對意見，但竇太后卻認為此舉可行。
在此之前，都鄉侯劉暢風流倜儻，與竇太后發生了曖昧關係。結果，睚眥必報的竇憲因擔心會分享權力，於是買兇刺殺，因此被投入監獄。為了蓋過外戚世家的醜聞，也為了讓兄長將功贖罪，竇憲就成為了北徵大軍的統帥。這個細節也暗示了東漢的政治特色，外戚在朝廷中的影響力強大。
東漢壁畫上的貴婦日常生活
公元89年6月，竇憲和耿秉等人離開洛陽北上，接管邊疆駐軍與北匈奴展開最後的決戰。這是一場勢力不對等的戰鬥，漢朝方面調動了所有能夠集結起來的精銳力量，而北匈奴則是強弩之末。
漢軍選擇在夏季的6月開始動員，到7-8月出戰。這個日期選擇也與西漢時代的傳統有別。這是由於此時的北匈奴實力已大不如前，所以趁著敵軍戰馬比較健壯的時候出戰，就不是那麼令人畏懼了。此外，這次漢軍中有大量的南匈奴士卒，他們剛剛進行了祭拜祖宗天地的龍城大會，各個部落的首領和兵馬都齊聚一堂。有利於就地徵調軍力。漢軍選擇在這個時間點出戰，也是為了趁機將已經長期遷徙的北匈奴都一網打盡。
匈奴人的傳統祭祀儀式
這些人中，最先動員起來的就是南匈奴部落軍。他們在5月的龍城大會後，就開始在黃河沿線聚集。在整個東漢中期，西北和北方邊境上存在著20個左右的匈奴等外族屬國。在中原的材官和騎士制度萎縮之後，這些屬國武裝成為了漢朝軍事力量的重要組成部分。由於東漢朝廷的豢養，南匈奴成為了東漢朝廷邊郡的耳目和前哨部隊。這些人在夏季時遷往緯度或者還把較高的牧場遊牧，在秋季時進行會獵等傳統軍事演習，在脆弱的冬季則會接受漢庭提供的兵馬保護和錢穀支援。上層人士逐步開始讀漢書、用漢姓，在文化上逐步區別於北方同胞。
進入8-9月，漢地的農事活動已經大致完成。漢朝開始調動駐紮在西河、雲中、五原、朔方、上郡的邊郡騎士。他們是東漢軍隊的中的精銳部隊，體現了東漢朝廷對於此戰的重視。也是因為東漢的普通防衛部隊，素質比過去低下很多。
南匈奴可以進入河套等地的城鎮過冬
在東漢建立後，出於休養生息和加強中央權力的需要，漢光武帝劉秀廢除了一年一度的更戍制度。所以邊疆有著戰事，就要中央軍四處出擊，或者是臨時徵調邊境民眾和外族部隊。徵調主力這源自劍客遊俠、商賈子弟、減刑囚犯和市井無賴。當時的賢良士人和農夫子弟，很少以從軍為榮。這也是班超為投筆從戎時，受到同僚恥笑的原因。這樣的臨時軍隊，要麼缺乏軍事素質，要麼不願意拼死賣命，戰鬥力不宜高估。
第三類軍隊比較精銳，是度遼將軍的度遼營和北軍五校。度遼營屬於中央在地方的常駐屯兵，主要職責是防止南北匈奴的勾結和北匈奴對南部的襲擾。他們武器和軍餉有中央保證，所以戰鬥力較強。由於防區與南匈奴的駐紮地大體重合，所以對匈奴人比較熟悉。北軍五校屬於戍衛京城的戍衛部隊，其中的長水校尉主要負責指揮烏桓和鮮卑騎兵，而越騎校尉指揮遷居河內與關中地區的越人騎兵。所以這些最精銳的部隊要麼是久在邊境、漸染胡俗，要麼本身就有數目不小的外族部隊。
東漢時的普通地方軍戰鬥力不強
第四部分兵力，是兩翼漢軍軍中的義從兵。竇憲的西路義從兵，主要是湟水谷地的羌族和小月氏。東路軍中的義從兵，主要是烏桓人和鮮卑人。
根據南匈奴單于的提議，9月份正是北匈奴大會清點人馬和牧群，準備過冬的時間。南匈奴各個部落也集中在邊防線上，很容易徵發集結。匈奴人並不是無規律地在草原上遊蕩，而是在夏牧場和冬牧場之間有規律地轉場。所以根據對匈奴習俗的了解和北匈奴叛逃者提供的情報，當時的北匈奴單于應當聚集在涿邪山南北。比較容易被觀察和發現。
匈奴的遷徙軌跡其實是可以推測出來的
三路出擊
竇憲的三路北伐軌跡
類似西漢時的漠北大戰，漢軍深知將所有人集中在一路出擊，勢必會造成所過之地後勤補給的巨大壓力。而且一路軍隊，難以對敵人形成合圍之勢。所以全軍兵分三路，在默認有一路會迷路或者延遲的情況下，至少得有一路兵馬能投入預設的戰鬥。
主帥竇憲、副帥耿秉和南匈奴左谷蠡王，從朔方郡狼山上的雞鹿塞出發。這一路兵馬位置最靠西。南匈奴單于屯屠位於三路人馬的中路，是從滿夷谷關口出發的。在東路，度遼將軍鄧鴻及緣邊義從羌胡八千騎從，五原郡稒陽縣出發。由外戚將軍和中央軍走左右兩路，將匈奴兵馬夾在中間。說明漢軍的原始計劃是讓南匈奴與北匈奴正面捉對廝殺，而漢軍精銳從兩翼包抄對手。
在臨戰狀態下且行且停的漢軍士兵
前進過程中，漢軍按照前軍-左軍-中軍-右軍-後軍的次序前進。組成一個個嚴謹有序的方陣，隊形有條不紊。一旦變成戰鬥陣型，就是騎兵集結於左右兩翼，中路安排步兵。一旦敵軍騎兵過多，便依託車營構建臨時的防禦陣地。
一路上，漢軍的食物主要是粟米、穀物製品和醬菜。為數不多的野外動物已經被匈奴人提前獵取。至於牛羊肉要優先供給軍官，只有在正式開戰之前，才給精銳部隊鼓舞士氣和增強體力。由於一路上經歷過了大量的鹽漠地帶，能飲用的僅僅是十分苦澀的鹹水。巨大的晝夜溫差，也是士兵需要忍耐的。
在漠北作戰的普通漢軍騎兵
三路漢軍中，最右邊的鄧鴻要通過翁金河谷去穿越大漠，所以比其他兩路略晚到達集結地點。在穿越大漠的過程中，漢軍還驚動了匈奴斥候，所以匈奴人將戰場轉移到了涿邪山東側的稽落山。
面對北匈奴的後退，竇憲的軍隊晝夜兼程，通過追著祖籍，最先奔赴戰場。這種快速先行，不僅為了戴罪立功，更要避免南匈奴單于何屠屯與北單于產生聯繫。於是，在其他部隊沒有趕到的情況下，竇憲派出胡漢精銳騎兵萬餘人，與北單于在稽落山開戰。
臨時走出營地列陣的北匈奴軍隊
單于的營帳和大軍分布在山地平緩而開擴的南坡上，前方有簡單的木質防禦工事。由於是剛剛遷徙到此地，匈奴人還沒有來得及建立起更加複雜的工事，營地比較倉促混亂。精銳部落和僕從部隊亂作一團，不利於有序的防禦。營地中的精壯男子和老弱婦孺又夾雜在一起，不利於在短期內大量集結部隊。
漢軍萬騎分成3個長方形的進攻方陣，以兩翼執行強力包抄的任務，向著匆匆列陣的北匈奴發起衝擊。在兩漢之交的混戰中，騎兵已越來越具備了衝擊敵陣職能。比如來自幽州的突騎，就為各方勢力所青睞。他們裝備了增高鞍橋，能手持長戟或者騎矛，正面衝擊敵陣。隨著東漢的穩固，原本由燕人組成的幽州騎兵或者成為禁軍，或者分布於漫長的邊疆之上。很多鮮卑人和烏桓，也成為了突騎的另一重要來源。在他們的衝殺下，北匈奴單于和剩存部眾潰敗奔逃。
東漢騎兵的衝擊能力 明顯優於西漢時代
戰後，漢軍乘勝追擊逃竄的各部匈奴。在涿邪山北側的邦察幹湖，漢軍斬殺名王以下13000級，俘獲牲畜百萬頭，算是基本消滅了北匈奴的有生力量。但是從之前的力量對比來看，這已經是一場實力完全不對等的戰鬥。相比西漢北伐，此時的匈奴已經非常衰敗。
除此之外，漢軍還摧毀了一路上犁庭掃穴，掃蕩了之前老上單于的龍庭和冒頓單于時代的基地。這裡不僅是匈奴的政治重心，也是漠北自然環境比較良好的地區。漢軍在這裡的焚燒破壞有掃塵滅跡，犁庭掃穴的用意。
最後，漢軍對北匈奴在鄂爾渾河流域的主要據點和中心區域進行掃蕩式碾壓。竇憲才順著翁金河谷南歸，由鄧鴻和南匈奴單于屯屠何出發的五原郡回到塞內。途中，大軍經過漠北地區最後一個停留地點--燕然山。面對山上的巖石，無比膨脹的竇憲開始封天禪地。他指令班固撰寫一篇銘文，鑿刻於山崖。昭示功績，使之垂耀萬世！
後世發現的《封燕然山銘》所在位置
尾聲
竇憲返回洛陽後 受到重賞
竇憲由於立此大功，由車騎將軍提升為大將軍，位在三公上，權勢更重。他派人繼續招降北匈奴的餘眾，並在西海追上了單于。雖然北單于承諾會效仿呼韓邪單于的例子南下歸順，但是他僅僅派出弟弟右溫禺諟王南下做為侍弟。
竇憲看到北匈奴實力更弱，而且對於北單于不親自朝見感到不滿，就決定出兵消滅北匈奴，於是開始謀劃更進一步的打擊。公元90年5月，漢軍精騎2000出西域，突襲伊吾城得手。次年2月，左校尉耿夔、司馬任尚率軍出居延塞，在抵達涿邪山之後兵分兩路夾擊單于。北單于逃走，前往烏孫國去避風頭。竇憲此次遠徵，徹底解決了北匈奴對漢和西域的侵擾。東漢出於夷制夷的戰略考量，讓北匈奴的部下右谷蠡王自立為單于。他們選擇西遷，逃到了蒲類海附近，與遊牧在西域的匈奴呼衍王部落會合。
東漢與眾多趁機攻擊北匈奴的盟友
後來，在於除鞬被漢將任尚殺掉之後，長期躲藏的北匈奴單于，或者是他的繼承人才來到蒲類海邊，與呼衍王見面。這支殘餘勢力又前後活躍了35年，給西域造成一定的威脅。負責西域的班勇奮力抵抗，讓北匈奴從此難以生出巨大的波瀾。
但這些古人或許不會想到，數千年後的眾多網民，居然對北單于和他後代的態度要好於對漢軍許多。哪怕考古學和人類學研究結果層出不窮，也無法阻止他們將北單于的後人，同幾百年後肆虐歐洲的匈人劃等號。