经过汉初几十年来的休养生息，武帝在位初期国强民富。由于行之有效的国家马政，西汉边郡已养马数十万匹，组建起训练有素的强大骑兵部队，构成了对匈奴作战的军事基础。公元前133年，汉武帝调集30万兵力埋伏于马邑周边，欲一举歼灭匈奴主力。但如此大规模兵力集结，很难保密，匈奴单于得知汉武帝计划后，退兵出塞。这次未实现的伏击开启了汉匈之间近百年的战争。马邑之谋固然展示出汉武帝的强烈进取心，但他毕其功于一役的好大喜功也暴露无遗。早在前138年，汉武帝的急于求成就初露端倪，他派张骞出使西域就为“欲事灭胡”。
汉武帝对匈奴用兵可分为三个时期：从马邑之谋到前119年的漠北决战，汉军频繁出击匈奴;前118-104年间的停战与政治和谈阶段，双方要么无战事，要么也是低烈度冲突;前103年之后武帝再度大规模出击。前129年的龙城之战，汉武帝派4万汉军分四路出征匈奴，然而其中三路或者无功而返，或者损兵折将，甚至全军覆没、主将被俘。龙城之战西汉军人一共死伤1.7万，只有卫青一路斩敌700，攻破匈奴人会盟祭天的龙城，汉武帝首战不利。
此后，在西汉对匈奴的进攻战中，逐渐形成一套“间接”攻敌的战略，由卫青和霍去病等优秀指挥官较好地贯彻执行。无论是卫青夺得并巩固河套地区的两次漠南之战，还是霍去病攻下河西走廊的两次河西之战，汉军一般有一路军队在非主攻方向发动佯攻，迷惑匈奴单于，令其难以支援，而主进攻方向也不是简单的硬碰硬正面攻击，多采用大范围迂回、长途奔袭、出乎意料的奇袭等发挥骑兵速度优势的战略战术。然而往往几次胜战后，汉武帝就犯了好大喜功的毛病，企图用一场总决战彻底击败匈奴人。结果却往往是主力决战准备过程漫长、物资消耗大，保密不佳，匈奴也做好迎战准备，导致进攻的突然性丧失。
前123年的阴北之战，汉武帝派大将军卫青率6位将军领10万骑兵，一路大军穿越阴山东段，直接攻击匈奴单于，并没有其他方向军队的策应和佯攻。是役，汉军杀敌1.9万，然而也损失了3000多精锐骑兵，更导致前将军赵信兵败投降匈奴。因此虽然获胜，战后卫青并未得到加封。
前199年，汉武帝发动漠北决战，更是霍去病两次河西战役(前121年)取得辉煌战果之后的头脑发热。汉武帝倾全国之力，调集的战马加上“私负从马”共24万匹，数十万步兵运输物资粮草、保障后勤，卫青和霍去病分别统领5万骑兵，总兵力高达50万人。是役，匈奴损失9万多人员、大量战马和畜产。此战后，匈奴在漠南(大致范围是蒙古高原的戈壁荒漠以南)无法立足，向蒙古高原西北迁移。
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