南行至山下，单于在南山上，使其子将骑兵进攻李陵。李陵军与胡骑在树木间相斗，因为在树林中，胡骑发挥不了它的优势，又被杀伤数千人。因发连弩射单于，单于下马逃走。
当日捕得一名胡兵，问之匈奴军情，胡兵说：“单于曾经说，这是汉的精兵，这么多大军都不能将他拿下，而且日夜引我们南来靠近他的边塞，不会是有伏兵吧。其他的军官也都这么以为。但又以为，单于亲率数万骑，击汉军数千人不能灭，以后还怎么使唤边臣。令汉人益发轻视匈奴了。不如先在山谷中力战，再往前五十里就是平原，将他们引向那里再战，若不成功再退不迟。”
当时李陵军益发危机。但人人奋战，以一当十。有时候一日就有数十合会战，再次杀伤胡骑二千余人。胡骑不利，将要领兵引去。不巧，李陵有一名军候叫管敢的，因为受了校尉的*，亡降匈奴。详尽的说出了李陵军无后援，且军中箭矢将尽的情况。如今只剩下将军麾下和校尉成安侯韩延年，各有八百人为前行，以黄白旗为帜。若使精骑射之必破。
单于得管敢大喜，使骑兵并力围攻汉军。并大呼说：“李陵韩延年，赶快投降吧。”李陵军在山谷中，胡骑在山上四面射箭，矢如雨下。汉军南行，未至鞮汗山下，五十万箭矢已尽。即弃车去，士卒尚有三千余人，失去武器的，砍掉车把持为武器，汉军进入峡谷，匈奴紧随其后，从山上放滚石，士卒多死，不得行。天黑后，李陵便衣独步出营，阻止左右不要跟随我，大丈夫独身去取单于之首。过了良久，李陵还营，仰天叹息说：如今兵败，死期到了。于是尽斩旌旗，将珍宝埋于地下。又叹息说：假如再得数十箭矢，就可以脱身了。如今没有兵器也得出战，否则天明将坐而受缚了。大家各做鸟兽散吧。若有能脱身归报天子的，就在遮虏障相会。
至夜半时，击鼓出兵。鼓不能鸣。。李陵与韩延年俱上马，壮士从者十余人。胡骑数千人从后追赶，韩延年战死，李陵说：“无面目见陛下。”遂降。麾下军人分散，逃脱至边塞者有四百余人，李陵战败之处离边塞百余里，边塞守将将军情上闻，皇上希望李陵死战，后听说李陵降敌，大怒，责问陈步乐，步乐自杀。群臣都以为李陵有罪，皇上问太史令司马迁，司马迁盛言李陵事亲孝与士信，常奋不顾身以徇国家之急，有国士之风。如今因为举事不幸，就有那些全躯保妻子之臣恶言中伤，实在令人痛心。况且李陵提步卒不足五千，深蹂戎马之地，对抗数万之师，使胡虏救死扶伤不暇，只能发动大军共同攻围他。如此转斗千里矢尽道穷，