霍去病的胜利让皇帝信心百倍，一场新的战役正在酝酿之中。时年六月，盛夏时节，汉武帝发动针对河西匈奴的第二次战役。
大将军卫青执掌内朝，处理军国大事，加上几处旧伤复发，实在不便领军打仗，皇帝和他商量，还是按以前的老办法来办，各路将领兵分数路，互不节制，寻找战机，各自为战。
骠骑将军霍去病和合骑侯公孙敖各领一万余名骑兵，同时从北地出发，出击匈奴左路，卫尉张骞、郎中令李广领军两万，从右北平出击，攻击匈奴右路。
皇帝准许霍去病挑选部将、校尉和麾下骑兵，霍去病当然不客气，屡次跟随卫青出征，曾到过匈奴腹地的青壮军士都被选到麾下，对于校尉和俾将，霍去病有自己的看法，他认为跟随大将军时间久了的将校已经形成惯‘性’思维，对于自己新的战术思想恐怕并不能完全理解、执行，于是他用校尉充作俾将，从军中选拔作战勇敢、忠诚的屯长、千夫长、司马，直接提拔任命为校尉。
四路人马兵力相差不大，但人员配备、武器装备却大相径庭，皇帝和大将军均有令，大将作府首先满足骠骑将军的要求，霍去病全军配备环首刀、手弩，大部分军士还另配备了硬弓，个别骑兵中的佼佼者配备双马，马背上是让匈奴闻之丧胆的大黄弩，根据居延汉简记载，这种弩“具十石”，‘射’程能达到四百步之远。
霍去病和公孙敖领军出北地，越过长城之后便分道扬镳，两人约定霍去病军从左路直‘插’居延泽，肃清盘踞在居延泽一带的匈奴单桓、酋涂两部，继续向西北，抵达祁连山下；公孙敖从右路出发，穿越力量薄弱的左贤王部落领地，肃清所经地的匈奴小部落，在祁连山和霍去病汇合。
霍去病率军一路向北，绝尘而去，公孙敖远望他消失在山坡后，对身边的校尉道：“初生牛犊不怕虎！也只有霍去病敢如此视匈奴为无物。”
校尉：“骠骑将军深得陛下和大将军的真传，长途奔袭，直捣敌人心腹，非常人所能及。”
公孙敖：“是啊！霍去病有此胆识，实在是我大汉之幸。我军还是稳扎稳打，步步为营吧！”
霍去病兵强马壮，时值盛夏，牧草茂密，军马不愁无食，而霍去病严令军士不得生火做饭，忍着饥饿一路马不停蹄行军。
当夜，大军稍作休息，匆匆吃过干粮，霍去病便传令：“全军全速前进，拿下敌人，夺取他们的牛羊再饱餐一顿。”全军在被香喷喷的烤羊‘肉’刺‘激’得兴致盎然，磨刀霍霍，呼啸而去。
霍去病部轻车熟路，出陇西，渡黄河，越过焉支山，沿祁连山脉北上，又渡过羌若水，沿着居延海的主要补给水源粥水北上，兵锋直‘插’居延海。居延海也叫居延泽，它和休屠泽之间隔着一片方圆百里的沙漠，即今日的巴丹吉林沙漠。
居延海位于内‘蒙’古自治区阿拉善盟额济纳旗北部，形状狭长弯曲，有如新月，额济纳河汇入湖中，是居延海最主要的补给水源。居延是匈奴语，《水经注》中将其译为弱水流沙，在汉代时曾称其为居延泽，魏晋时称之为西海，唐代起称之为居延海，现称天鹅湖。
居延泽附近是水草‘肥’美的大片牧场，居住在这里的是与历代匈奴大单于都非常亲近的单桓、酋涂两部，他们远离汉匈‘交’战的第一线，又守着旱涝保收的富庶之地，过着悠哉乐哉生活，虽然汉匈之间‘交’战正酣，但这里生活却如世外桃源，从未受过汉军的打击。
单桓、酋涂两部隶属于浑邪部，几万牧人又分成了好几十个部落，每个部落都有自己的小王，逐级听命于高一级的部落王。
霍去病的大军沿着沙漠边缘行进，一旦遇到匈奴牧人，统统‘射’杀，避免了行军路线的暴‘露’，这支汉军的战马也是经过‘精’挑细选的，经得起长时间急行军，第二天的黄昏，大军便达到居延泽附近。
斥候来报：“将军，前方二十里有匈奴人的部落，帐篷数千顶，足有万人。”
霍去病眼前一亮：“好啊！赵破奴带五千人从左路迂回，高不识带五千人从右路迂回，两路人马在敌人的北方汇合，截住敌人退路，我自领一万人冲杀，务必全歼敌人。”
二将：“诺！”领兵冲了出去。霍去病上马，率军缓缓前行十里，估‘摸’着二将已经到位，才大旗一挥，号令全军冲锋。此时，匈奴人的营地也出现了‘骚’‘乱’，汉军如此大规模的军事行动惊动了为数不多的几名探哨，靠近察看的时候被汉军的大黄弩‘射’杀，临死前，他们发出了警报。
汉军不容匈奴有任何反应，先是弓弩齐发，接着高举环首刀，冲入匈奴营地。
这是单桓部营地，同时也是单桓王驻地所在，匈奴人依照地位高低，将单桓王的帐幕围在正中心，酒足饭饱后的单桓王早已钻入被窝，专心对付数名年轻美貌的‘侍’妾，根本不知道匈奴人的克星已经从天而降。
汉军几乎如屠杀一般。大部分匈奴人来不及拿起身边的武器，便被环首刀砍中，甚至来不及发出一声惨叫便身首异处，汉军像包饺子一样团团围住单桓部
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