河西慘敗消息傳回匈奴本部，伊稚斜單于當即大怒。拍著桌子對使臣說：你現在就去河西，把渾邪王、休屠王這倆不爭氣的東西給我揪回來，看我不把這倆丟臉的東西砍了！
渾邪王這時候害怕呀，急急忙忙和休屠王密謀：「兄弟呀，這咱倆這仗敗的這叫一個慘烈，單于那暴脾氣指定饒不了咱倆。」
休屠王一聽也瑟瑟的說：那依你的意思，咱倆現在該咋辦？
渾邪王：與其坐在這等死，不如咱倆降了漢朝，這大漢皇帝還能留咱哥兒倆一條活路！
漢朝大將李息得到匈奴二王密報後，馬上派人快馬加鞭的去向漢武帝報信。
漢武帝一聽這個高興啊，可擔心這倆貨是肚子裡憋著壞水詐降呢，這越想越害怕，直接把霍去病叫過來，對他說：小霍呀，你帶上你那些弟兄去接他倆，順道探探虛實。
匈奴二王方面，派出使者與漢朝約降後不久，這個休屠王心裡犯怵了，開始後悔。
渾邪王這時候不答應了，索性一不做，二不休，為了防止事情敗露，渾邪王先人一步，在帳內直接把休屠王給砍了，然後帶著他的部眾，準備歸降漢軍。
對於當時場面，司馬遷如此描述：
「驃騎（霍去病）既渡河，與渾邪王眾相望。渾邪王裨將見漢軍而多欲不降者，頗遁去。驃騎乃馳入與渾邪王相見，斬其欲亡者八千人，遂獨遣渾邪王乘傳先詣行在所，盡將其眾渡河，降者數萬，號稱十萬。既至長安，天子所以賞賜者數十巨萬。」
▲司馬遷
也就是說，霍去病帶著大軍渡河後，與渾邪王帶的人迢迢相望。渾邪王手下的人看見漢軍軍容威嚴，人馬眾多，開始害怕了，那些本來就不願意投降漢朝的人，開始率眾譁變，臨陣逃走。
一時之間，場面就不是一個混亂能形容的了。霍去病當機立斷，即刻帶著精銳騎兵衝入匈奴陣中和渾邪王相見。
這樣一個才二十歲左右的年輕人，穩坐馬上，頤指氣使，發令漢軍，極短時間內，竟然部屬漢軍在混亂中斬殺匈奴逃亡者八千人，一下子就使局面穩定下來。
八千人啊，就像砍瓜切菜剁豆腐一樣全殺了，還都是騎著馬不要命一樣跑的匈奴戰士。這種場面，遠遠超出當時後世國人的想像力！
傳奇啊！！直接就讓人懷疑這霍去病同學是開了掛且帶著主角光環的。
然後，霍去病派人「護送」渾邪王乘坐我大漢天朝的「專車」前往長安，自己率領漢軍押解著這些匈奴投降的四萬多人渡河，也趕往長安，參加漢武帝安排好的受降儀式。
渾邪王及其部眾抵達長安後，漢武帝高興地合不攏嘴，封渾邪王為萬戶漯陰侯，其餘小王三人和大當戶一人，皆得封侯。而後，漢廷將匈奴降眾分處於河南地原先的秦長城之外，作為漢朝屬國加以管理。
此次大勝之後，漢武帝在河西置武威和酒泉兩郡。
霍去病功高如此，漢武帝頒布嘉獎令，詔曰：
「驃騎將軍（霍）去病，率師攻匈奴西域王渾邪，王及厥眾萌鹹相餎，率以軍糧接食，並將控弦萬有餘人，誅獟（音喬）駻（音悍），獲首虜八千餘級，降異國之王三十二人，戰士不離傷，十萬之眾鹹懷集服，仍與之勞，爰及河塞，庶幾無患，幸既永綏矣。以千七百戶益封驃騎將軍。」
河西之戰取得全勝之後，漢軍進據至祁連山一帶。至此，漢朝通往西域的大門終於打開，實現了「張中國之左掖，斷匈奴之右臂」的既定目標，一下子豁然開朗。
而匈奴方面，則是叫苦連天，哀聲一片。先是失去河南地，繼之又在河西失去這一水草豐美走廊，只得黯然退回祁連、焉支山脈以北地區。
為此，當時匈奴哀歌道：
「亡我祁連山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁婦無顏色」。
確實，對匈奴人來說 ，失河套地區、河西走廊這二處大牧場，後果異常嚴重，這讓匈奴的牲畜、人口數量大為減少。
從歷史地理學、氣候學角度看，漢軍的步步進逼，壓迫得匈奴部落的生存空間退縮到年降水量１５英寸一線以北苦寒之地，確實壓力巨大。
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