大戈壁，以东则是流沙遍地的腾格里沙漠，根本不会有部落跑到这里来。虽说数月以前浑邪王刚刚遭遇惨败，但当时战斗却发生在弱水上游，因而他怎么也料不到，竟然会有汉朝军队穿过沙漠戈壁，从弱水下游的居延泽方向来袭击自己。

稽且部虽然不小，然而在没有战事的情况下，大部分部众都忙着自己的生计，留守本部的兵马并不算太多。

赵破奴率领的汉军先锋，在发现这个还是一片祥和的部落后，根本不给对方准备的时间，在命人传讯后部主力之后，便当先率领先锋部队扑了上去。

毫无准备的稽且部牧民根本来不及抵抗，便眼睁睁的看着汉军骑兵凶神恶煞一般扑向了部落最中心的王帐。听到喊杀声的稽且王，慌乱之下连忙命人召集兵马，自己则亲率留守部队上前迎战阻敌。然而，赵破奴岂会给他们整顿兵马的机会，一马当先的他率军横冲直撞，瞬间便突破了仓促迎战的匈奴骑兵。

溃不成军的匈奴兵马瞬间便失去了抵抗能力，勇武非常的稽且王亦在片刻之后力竭被擒，赵破奴遂以稽且王的性命相要挟，要求稽且部众放弃抵抗。结果好不容易反应过来的稽且部众，刚刚拿起武器、跨上战马，还没来得及完成集结，便发现稽且王已经落入了敌人手中，无奈之下只得放下武器投降。

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击破稽且部后，深知兵贵神速的霍去病，只是率部简单补充了饮水和食物，便命人押解着稽且王为向导，继续率军南下，突袭浑邪王本部。

在稽且王的指引下，霍去病率领大军小心绕过弱水流域的其他匈奴部落，自侧背方向突然对弱水上游的浑邪本部发动了突袭。经历了前次的惨败之后，浑邪王虽然不敢再轻敌，但他的防御重点却在东方，哪里能想到汉军会从自己的背后攻来。结果仓促迎战的浑邪王再度遭遇惨败，被斩一万余人，余部大部溃散，包括相国、都尉等人在内的大量贵族被俘。

击溃浑邪王之后，霍去病又继续率军西进，进攻单桓王、酋涂王两部。这两部虽然此前并未与汉军有过交手，但事后对于战况却多有耳闻，那些战败的部落民众除了吹嘘汉军如何勇猛无敌之外，还透露出一个极为重要的消息，那便是汉军并不杀降，亦不屠戮部众、大肆掠夺，在获取补给之后便会离去。

因此，当得知实力强大的浑邪王都兵败之后，单桓王、酋涂王哪里还敢抵抗，干脆选择了投降。

在将祁连山与合黎山之间弱水上游地区的匈奴各部横扫一空后，霍去病这才率兵东返，不过却并非撤退，而是自龙首山北麓向东，直扑狐奴水（今石羊河）流域的休屠王本部。

与浑邪王一样，休屠王在经历了前次大战之后，虽然已经有所警觉，但却将防御重心放在了东部，根本没想到汉军会从浑邪王统辖的西部区域杀来，结果也被打了个措手不及。一番大战下来，仓促迎战的休屠王亦惨遭大败，被斩一万余众。

在连破浑邪王和休屠王两部之后，霍去病这才率军押送着大量俘虏，渡过狐奴水，又翻过乌鞘岭，沿着第一次“河西之战”的路线，返回了陇西郡。

回军途中，霍去病还遇到了留居南山一带的一支小月氏部落。

当初，大月氏战败西迁之后，一部分部众留在了河西走廊地区，为了与西迁的大月氏相区分，后世将其称为小月氏，这些留守的月氏人大多被迫归入匈奴麾下，散居于河西一带，另有一部分则进入河西南山，与羌人杂居。汉朝夺取河西之后，这部分月氏人重新出山与汉人杂居，分布于湟中和令居地区，这便是“湟中月氏”。

此战，汉军对河西匈奴取得了决定性胜利，歼敌三万余人，迫降单桓王、酋涂王及相国、都尉等两千五百人，俘虏五王及五王母、单于阏氏、王子等五十九人，相国、将军、当户