二王担心被诛杀，决定向汉朝请和（投降）。
汉武帝担心有诈，命霍去病带兵迎接。匈奴军心不稳，担心被前来的汉军诛杀，纷纷逃亡。
眼见此，霍去病当机立断，驰入军中，与浑邪王相见，弄明白了是匈奴士兵不受指挥，惧怕被杀逃亡，浑邪王是真心归降的，于是斩杀八千人后，稳定住了局势。
元狩四年，汉武帝发动了更大规模的漠北之战，目标很明显，把匈奴打烂、打残，使之彻底解决匈奴边患。
霍去病率军从代郡出发，进军两千多里，与匈奴左贤王部接战，歼敌70443人，俘虏匈奴屯头王、韩王等3人及将军、相国、当户、都尉等83人。
在狼居胥山举行了祭天封礼，在姑衍山举行了祭地禅礼，尔后一路仓皇北顾，追亡逐北，饮马瀚海。
卫青从定襄出发，斩首19000级，相比霍去病的功绩，则要逊色不少。
经此一战，匈奴在漠南再无立足之地，匈奴单于逃到漠北，所谓“匈奴远遁，而漠南无王庭”。战后，霍去病被封为大司马，和卫青一起成为汉帝国双壁。
霍去病抱负远大，汉武帝为他修建宅第的时候，他以那句后来十分著名的“匈奴不灭，无以家为也”拒绝了。
两年后，年仅24岁的霍去病病逝，结束了他烟花般绚烂而又短暂的一生。。。