一天过去了，二天过去了，数天过去了。公孙敖、公孙贺、李广、李沮等人陆续传回来了捷报。苏建、赵信、霍去病等人则迟迟未归。原来是发生变故了。前将军与右将军两军合并，总计三千余骑，出了大营后，与大队军马分开行进，一路搜索，不意竟遭遇了伊稚斜单于所率领的大部队。匈奴人大喜，立时将汉军团团围住。双方大战一日有余。虽然汉兵英勇，但双拳难敌四手，眼看着就要全部为国捐躯了。苏建抖擞精神，决定做最后一搏。那赵信的心思却渐渐歪了。原来他本来是匈奴的小王，后投降汉廷，被封为翕侯，今见情势危急，便令剩余的八百骑，收缩防线，只守不攻。伊稚斜单于敏锐地觉察到了这个变化，又觉得赵信人才难得，便放缓了攻势，着人前去招降。赵信早有降心，正设法联系单于呢，今见对方主动来招降，如何不应允，双方一拍即合。苏建痛骂一顿，见势不妙，拍马便走，一路冲杀，待突出重围时，已是血满征袍。
卫青见苏建只身逃回，自是吃了一惊，安慰一番后，令人先扶他下去休息。军正（掌军法）闳、长史任安、议郎周霸等人接着进帐，商议苏建的罪过。周霸道：“大将军自就任以来，还未曾斩杀过稗将。如今苏建弃军而逃，可立斩之，以明将军之威。”卫青不置可否，转头看向军正闳、任安，问他们有何意见。两人齐道：“不妥。兵法曰：小敌之坚，大敌之擒也。’苏建以数千之兵敌单于部数万之众，力战一日有余，终至全军覆没也没有二心，此义士也，不当斩。倘若就此斩杀，不是明摆着向后来人宣示，若遭遇不测，不可回归，归则必死。如此则只恐降者将愈来愈多，反于我军不利。”
卫青点头道：“青幸得以胏附，蒙天子恩宠，而待罪行间，荣任大将军之职，不患无威。议郎建议我杀将立威，恐怕有失为臣之义。青之职责，虽有斩将之权，但不敢恃圣上尊宠而擅自于境外滥用权力。这事依我看，还是交给天子定夺吧，以向众人展示，青不敢擅自专权，这样不是更好吗？”军吏皆曰“善”。于是卫青令人将苏建押入囚车，但又命看守者在路上要给他治伤，并好生照顾。
送走苏建后，卫青不免为霍去病担忧起来，正忐忑不安时，忽探马来报：骠姚校尉回来了。卫青顿时松了一口气，又问还余多少人马。那人道人马还剩一半以上。卫青听了，暗暗叹气，心想此役当真出师不利，待出营门时，霍去病突然风风火火地闯进来了。卫青正想不痛不痒地说几句，霍去病却是一脸喜相，一见面便嚷道：“舅舅，此役当真淋漓酣畅！”
卫青也不答话，径直出了营门，这才惊愕地回过头来，指着霍去病，一连说了好几个“你”字。霍去病笑着行军礼道：“恭请大将军检阅战果！”卫青这才醒悟，拍着他的肩膀笑道：“后生可畏！”霍去病自豪地笑了。
此一役，霍去病挥指汉军，斩杀了单于的祖父辈籍若侯产（籍若侯乃封号，名产），捕获了单于的季父罗姑比，中招的还包含相国、当户一类的官员，斩首捕虏总计二千零二十八人。霍去病甫一出手，勇冠三军，一鸣惊人，连武帝都相当惊讶，但也相当惊喜，便封其为冠军侯（初无冠军县名，武帝褒霍去病功，以南阳郡穰县卢阳乡、宛县临菑聚为冠军侯国，解见《地理志》），食邑二千五百户。上谷太守郝贤四从大将军，捕首虏达一千三百级，被封为终利侯。骑士孟已有功，被赐爵关内侯，食邑二百户。
霍去病年方十七，已战功显赫，弄得后来人又是羡慕又是钦佩。天上谪仙人李白就曾为此热血沸腾，豪情万丈，特意赋诗曰《胡无人》：“
严风吹霜海草凋，筋干精坚胡马骄。
汉家战士三十万，将军兼领霍嫖姚。
流星白羽腰间插，剑花秋莲光出匣。
天兵照雪下玉关，虏箭如沙射金甲。
云龙风虎尽交回，太白入月敌可摧。
敌可摧，旄头灭，履胡之肠涉胡血。
悬胡青天上，埋胡紫塞傍。
胡无人，汉道昌。
陛下之寿三千霜。但歌大风云飞扬，安得猛士兮守四方。”
此一役，卫青指挥汉军两次出定襄，攻击匈奴，前后共杀死和俘获一万九千余人，但失了赵信，亡了两军，功不多，故卫青不益封，仅赐千金。而苏建被押回长安后，没有被诛杀。于是他缴纳了一定的赎金后，变成了平民。
校尉张骞曾出使大夏（西域国名。在今阿富汗境。），留居匈奴十三年，因而对塞外哪里有水，哪里有草，相当熟悉。此次出征，他作为全军的向导，相当尽职，使得众将士免于饥渴之苦，可谓有功，因而被封为博望侯。
这时王夫人深受武帝的宠爱。齐人宁乘对卫青说：“将军功未甚多，却身食万户，三子亦皆为侯，这全是因皇后得宠的缘故。如今王夫人得宠，而宗族尚未富贵，此乃有所表示的大好机会。过几日便是王夫人母亲的寿诞了，望将军以圣上所赐的千金为贺礼，以悦其心。”卫青笑了笑，心说我这位置可不全是因为皇后，但又想即使不想向宠妃示好，也没必要得罪她，于是将赏金折半，作为贺礼，送给了王夫人的母亲。