年之中两战两败，损失了数万精兵，河西地区岌岌可危，伊稚斜单于恼恨万分，欲召浑邪王、休屠王至单于庭严厉惩处。两人深惧被诛，于是在同年秋天密谋降汉，派遣使者与当时在黄河边督修长城的大行李息接洽。武帝得到李息的报告后，担心其中有诈，命令霍去病率领大军前往受降。休屠王突然反悔，被浑邪王所杀，兼併其部众，前往黄河西岸降汉。这时霍去病已率大军渡过黄河，与匈奴军遥遥相望。浑邪王部的一些裨王见汉军阵容强大，心怀恐惧，意图逃跑，其余的部众也随之骚动起来。就在这形势万分紧急的时刻，霍去病当机立断，率精兵驰入匈奴营垒之中，与浑邪王相见，斩杀企图逃跑者八干多人，招降匈奴四万多人，号称十万人。至此，匈奴在河西地区持续了半个多世纪的统治彻底瓦解。