头，张骞率领后续部队赶来，匈奴见援军已至，于是匆匆解围而去。汉军此时已经疲惫不堪，无力追击，随之收拢余部班师回京。

骠骑将军霍去病深入敌境两千余里，与公孙敖失去联络，无法会合。于是霍去病继续越过居延山一路攻击前进，一直打到祁连山。此战，汉军斩杀匈奴多达三万零二百人，俘虏大小王子头目七十余人，匈奴率部投降者亦有两千五百人。

汉武帝追加赏赐霍去病食邑五千户，其他立功将士各有封赏。李广功过相抵，不赏不罚，公孙敖和张骞因为行动迟缓，未能与大军会合，被废为庶人。