二年春，皇上行幸东海。再幸回中。
夏五月，遣贰师将军李广利以三万骑出酒泉，击右贤王于天山。得胡人首虏万余级而还。半道，匈奴大军围李广利军，汉军乏食数日，死伤者多。假司马陇西赵充国，与壮士百余人溃围陷阵，贰师引军紧随其后，围遂得解。汉军死伤十之六七。赵充国身被二十余创。贰师上奏情状。诏徵赵充国诣行在所，皇上亲自看视其创，嗟叹之。拜为中郎。
随后，汉复使因杅将军公孙敖出西河，强弩都尉路博德会师涿涂山，皆无所得。
当初，李广有孙名李陵为侍中，善骑射。爱人下士，皇上以为有李广之风。拜为骑都尉。使他将丹阳楚人五千人，在酒泉张掖教射以备胡。及贰师击匈奴，皇上想让李陵主领贰师的辎重，李陵叩头自请说：“臣所将的屯边将领，都是荆楚的勇士奇才剑客，力能扼虎，百射百中，臣愿能自当一队，到兰于山南，以分单于之兵。使他不能专心对付贰师。”
皇上说：“你是不想被他统属吗？我发军虽多，但无骑给你。”
李陵回答说：“臣不需要陛下再发兵马，臣愿以少击众。臣手下五千步卒，进击单于王庭足够了。”
皇上壮其豪言，就答应了他的请求。因命令路博德将兵于半道迎接李陵军。路博德也羞为李陵后队，就奏言如今方是秋天，匈奴马肥，不可与之交战，希望能留住李陵，待来春一同出击。皇上怒，怀疑李陵后悔了，自己不想出击，却叫路博德上书。于是诏令路博德引兵击匈奴于西河。诏令李陵九月出发，出遮虏障，至东浚稽山南龙勒水上徘徊观虏，竟无所见。还抵受降城休养士马。随后，李陵帅其步卒五千人出居延北行三十日，至浚稽山止营。图画所过山川地形，使麾下骑士陈步乐持之还报。步乐接受皇上召见，详细的讲述了行军经过，并称李陵将领能得军士死力。皇上大为高兴，拜陈步乐为郎。
再说李陵至浚稽山，与单于大军相遇，胡骑大约有三万人，包围了李陵的军队。这时李陵的军队正在两山之间。以大车为营。李陵从容领兵出营布阵。打前阵的手持戟盾，后阵手持弓弩。胡骑见汉军人少，就直接猛扑上前。汉军前队刀戟齐上，后队千弩齐发，胡骑前队应声而倒，后队反身上山，汉军追击，杀数千人。单于大惊，急招左右地兵八万余骑，围攻李陵。李陵且战且引兵南行。数日，抵达一大山谷中。连续拼战，复斩首三千余级。引兵东南，顺故龙城道而行。过了四五日，到了大泽中的芦苇丛中。胡骑从上风纵火，李陵亦令军中纵火自救。