張騫出使西域回國(guó)后，雖然帶來(lái)了月氏人不愿與匈奴人為敵的信息，但他極力主張經(jīng)營(yíng)西域，認(rèn)為取得西域可“廣地萬(wàn)里”，不僅能獲取“天馬”、“奇物”，而且可以招來(lái)拖西各族為外臣”，利用當(dāng)?shù)馗髯逯g的矛盾孤立匈奴，以“斷匈奴右臂”。漠南之戰(zhàn)后，武帝為了鞏固西部地區(qū)并打通與西域各國(guó)的聯(lián)絡(luò)通道，決定發(fā)起由霍去病單獨(dú)任總指揮的河西之戰(zhàn)，以解除匈奴對(duì)漢朝西部邊境的威脅，并為進(jìn)一步經(jīng)營(yíng)西域、北擊匈奴奠定基礎(chǔ)。

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這次河西之戰(zhàn)，與戰(zhàn)國(guó)時(shí)的秦國(guó)與魏國(guó)之間河西之戰(zhàn)的地點(diǎn)不同，秦魏之間的河西是指山西、陜西兩省間黃河南段以西地區(qū)。而這次漢匈之間的河西，則是張騫出使西域所到的那個(gè)大月氏的舊地，它主要指今甘肅、青海兩省黃河以西的河西走廊與湟水水域，主要包括甘肅的武威、張掖、酒泉等地，因?yàn)槲挥邳S河以西，自古以來(lái)被稱為河西，因夾在祁連山與合黎山、龍首山等山脈之間，狹長(zhǎng)且直，形如走廊，因地處黃河之西，又被稱為“河西走廊”，這里是內(nèi)陸至西域的必經(jīng)之地，曾是佛教?hào)|傳的要道、絲路西去的咽喉。

公元前121年春，武帝任命霍去病為驃騎將軍，率一萬(wàn)騎兵從隴西出擊匈奴。據(jù)《史記·衛(wèi)將軍驃騎列傳》記載，這一仗中，霍去病大軍越烏戾山，渡黃河，討伐遫濮部，渡過(guò)狐奴水，經(jīng)過(guò)匈奴五王國(guó)，只要畏懼大漢軍威，不加抵抗，對(duì)糧秣、衣物和老百姓一概無(wú)所索取，目的只是擒獲單于的兒子。六天時(shí)間里，往北再回頭向南，縱橫兩千里，在過(guò)焉支山（今甘肅山丹東南）南北殺了一整個(gè)來(lái)回，終于在皋蘭山（今甘肅臨夏縣東南）與集結(jié)起來(lái)的匈奴部隊(duì)短兵接戰(zhàn)，殺死折蘭王，斬首盧胡王，消滅其全部人馬，捉住渾邪王的兒子及其相國(guó)、都尉，斬?cái)彻俦饲в嗳?，獲得了休屠王的祭天金人。

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公元前121年夏，霍去病和公孫敖分別帶兵數(shù)萬(wàn)，從北地出塞攻擊匈奴，李廣帶四千騎兵，張騫帶一萬(wàn)騎兵，先后分別從右北平出塞，配合作戰(zhàn)?！妒酚洝だ顚④娏袀鳌?、《史記·衛(wèi)將軍驃騎列傳》記載，此戰(zhàn)中，因?yàn)閺堯q的大部隊(duì)沒(méi)有跟上，導(dǎo)致李廣的四千騎兵被匈奴左賢王的四萬(wàn)騎兵包圍，李廣的兒子李敢率幾十名騎兵沖擊匈奴部隊(duì)，激戰(zhàn)兩天，部隊(duì)幾乎損失殆盡；因?yàn)楣珜O敖迷路，霍去病便自己率所部騎兵繼續(xù)依原定的大縱深外線迂回作戰(zhàn)作戰(zhàn)計(jì)劃，先由今寧夏靈武渡過(guò)黃河，向北越過(guò)賀蘭山，涉過(guò)浩瀚的騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠，繞道居延海（今內(nèi)蒙古西北），轉(zhuǎn)而由北向南，沿弱水而進(jìn)，經(jīng)小月氏（未西徙的月氏人，今甘肅酒泉一帶），再由西北轉(zhuǎn)向東南，深入匈奴境內(nèi)2000余里，在祁連山與合黎山之間的弱水上游地區(qū)，對(duì)渾邪王和和休屠王軍隊(duì)發(fā)起猛攻。此戰(zhàn)殲滅匈奴三萬(wàn)余人，渾邪王、休屠王率殘軍逃走。

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這次河西之戰(zhàn)勝利后的意義是：

一是，漢軍占領(lǐng)了河西走廊全部地區(qū)，打通了西域各國(guó)的交通，并在此設(shè)置武威、張掖、酒泉、敦煌四郡，移民戍邊。

二是，霍去病在兩次河西之戰(zhàn)中，采用了區(qū)別對(duì)待的策略，只要敵軍表示歸順漢朝便不攻打，如果拒不歸順，才會(huì)以武力征服之，這對(duì)匈奴部族也有分化化解作用。逃走的匈奴渾邪、休屠二王因?yàn)槭艿絾斡诘牟乱?，率軍投降漢朝就是最大的成果，霍去病在迎降中果斷處置，最終接納匈奴降兵四萬(wàn)余人，這也讓匈奴軍的實(shí)力大減。

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三是，河西戰(zhàn)役之后，匈奴失去了祁連山北麓地區(qū)的天然牧場(chǎng)，匈奴人中也開(kāi)始傳唱歌謠：“亡我祁連山，使我六畜不蕃息；失我燕支山，使我嫁婦無(wú)顏色?！泵鎸?duì)困境，匈奴單于聽(tīng)從了趙信的建議，率匈奴主力退守漠北。