公元前103年，西汉对匈奴进行策反，企图运用里应外合之谋，击杀单于，消灭匈奴军。为此，与匈奴左大都尉联络后，派赵破奴率2万骑兵出朔方西北2000里至浚稽山(阿尔泰山脉中段)接应。单于发觉左大都尉企图谋杀自己降汉的阴谋后，先下手杀死左大都尉，并派兵迎击汉军。

天汉二年（公元前99年）秋，汉武帝刘彻令贰师将军李广利出酒泉(郡治禄福，今甘肃酒泉市)击匈奴右贤王于天山(今新疆天山)。为牵制匈奴，遣李陵率步卒5000出居延(今内蒙古额济纳旗东南)。

李陵北行千余里，至浚稽山，被匈奴单于3万骑兵包围于两山之间。李陵用战车围成营寨，率步兵在营外布阵。前排手持戟、盾，后排手持弓、弩迎战。匈奴败退上山，汉军追杀数千人。单于又召匈奴左、右地骑兵8万围攻李陵。

李陵边战边向南退，至一山谷时，令受伤三处者坐车，受伤二处者驾车，受伤一处者作战，斩杀匈奴3000余。

沿龙城故道向东南行至大泽芦苇中，匈奴从上风放火，李陵亦令士卒将南面芦苇烧光以自救。

南行至一山下，单于在南山上令其子率骑兵攻击汉军，李陵率步兵在树木间与其搏斗，杀数千人。并以强弩射单于，单于下山躲避。

其后，匈奴骑兵一日数十次进攻，李陵又杀伤2000余人。匈奴作战不利，欲撤退。恰李陵军军侯管敢降匈奴，把汉军无后援，箭矢将尽等情况告匈奴单于，单于下令以骑兵围攻汉军。

时李陵军在山谷中南行，匈奴在山上以弓弩四面射下，汉军损失惨重，未至汗山(在浚稽山南，居延以北百余里)，50万(一说150万)箭矢皆尽，士卒仅余3000人，遂放弃车辆，士卒斩车辐持手中，军吏持短刀，退入一狭谷。单于军断其退路，并推山上巨石滚下，汉军伤亡极大。夜半，李陵与韩延年率10余人突围，匈奴数千骑追击，韩延年战死，李陵降匈奴。所部逃回汉塞者仅400余人

点评：此战，李陵以步兵5000与匈奴8万余骑兵对抗，充分发挥了远射兵器弓、弩的作用，杀伤匈奴骑兵万余，其战术运用和战役指挥是成功的。由于未能对李陵部实施必要的接应和支援，实力相差悬殊，造成李陵几乎全军覆灭。