汉武帝刘彻在位五十余年(前140~前87)，是西汉王朝的鼎盛时期，汉武帝在政治、经济、军事等方面采取了许多改革措施，使得国家经济繁荣、府库充溢，军事力量逐渐雄厚。于是，汉武帝一改过去的和亲退让政策，对匈奴进行了多次大规模的征讨，最先开始的就是马邑伏击战。
　　汉初以来，匈奴头领冒顿单于以其“控弦之士”三十余万，东败东胡，北服丁零，西逐大月氏，使“诸引弓之民，并为一家”，匈奴的统治区域东起朝鲜边界，横跨蒙古高原，向西与氐羌相接，向南延伸到河套以至于今晋北、陕北一带。冒顿把这一广大地区分为中、左、右三部，左部居东方，由左屠耆王（左贤王）统领，右部居西方，由右屠耆王（右贤王）统领，中部由冒顿自辖，与汉的代郡、云中郡相对，是汉朝北部边境的最大威胁。
　　汉武帝元光二年(前133)，大行王恢向武帝献策，决定对匈奴作战。为了诱使匈奴出兵，汉朝设了一个计谋，派马邑富翁聂壹带着禁私货物，以做买卖为名，跑到匈奴那里，诈称投降匈奴。然后，哄骗匈奴的军臣单于说：“吾能斩马邑令丞，以城降，财物可尽得。”(《史记·匈奴列传》)单于贪财，轻易相信了聂壹的话，并约定，杀死马邑令丞后，把头挂在城门上，作为攻城的信号。聂壹回到马邑后，汉朝马上进行军事部署，派御史大夫韩安国为护军将军，卫尉李广为骁骑将军，太仆公孙贺为轻车将军，大行王恢为屯将军，太中大夫李息为材官将军，带领三十万大军，埋伏在马邑城周围的山谷中，准备伏击匈奴。又按聂壹约定的信号，把一名死囚的脑袋砍下，挂在城门上，假称是马邑令丞的脑袋。接着，聂壹告诉单于使者，大计已成。单于信以为真，立即率领十万骑兵长驱南下，一路上也没有遇到汉兵阻挡，进入武州塞(今左云县东)后，在距离马邑城不到百余里的地方，单于见马匹遍野，而没有放牧人，引起猜疑，于是，不敢贸然前进。单于见附近不远处有一烽火台，为了探听情报，便命军士围攻，这时，正巧有一雁门尉史经过这里，他见匈奴军队来了，便躲藏到烽火台，结果被抓住，一经威胁，就把汉朝的计谋如实告诉单于。单于如梦初醒，大吃一惊说：我本来有所怀疑，现又获得汉朝尉史，这真是天助我也。于是封尉史为天王，然后带领大队人马原路撤回。因为这次伏击战没有成功，汉兵无所获，所以，史称“马邑之谋”。
　　按原来的计划，马邑伏击战打响后，王恢率兵三万袭击匈奴的辎重。单于带兵撤退后，王恢见匈奴人马毫无损失，觉得三万军队与匈奴十万精兵交战，恐难取胜，于是，没有去追击匈奴。汉武帝非常气愤，本来马邑伏击之谋是王恢首先提出来的，又不带兵追击，兴师动众落了一场空，就将王恢治罪。从此以后，匈奴屡次大规模进犯边境。汉军也发动反击和进攻，双方战幕拉 开。
　　元光六年(前129)秋，匈奴进入上谷郡，汉武帝派四员大将各领兵一万出击匈奴：卫青出兵上谷郡，李广出兵雁门郡，公孙敖出兵代郡，公孙贺出兵云中郡。这次战争，除卫青杀伤匈奴七百余人外，其余几路都被匈奴打败，公孙敖损失士兵七千余人，李广战败被俘，后又夺马逃回。汉武帝将李广、公孙敖贬为庶人。
元朔元年(前128)秋，匈奴二万余骑进入辽西、 漁 阳、雁门郡。汉朝派卫青率领三万骑兵出雁门郡，李息出代郡，抗击匈奴，杀敌数千人。元朔二年(前127)，卫青再次率兵出云中，北抵高阙，西至陇西，大败匈奴楼烦王、白羊王于河南(今内蒙古河套一带)，斩首数千，获牛羊百万余。收复河套一带，解除了匈奴对长安的直接威胁，汉在那里设置了朔方郡，并重新修筑了秦时蒙恬所筑边塞，这就是历史上的“河南之战”。
　　汉得朔方后，匈奴连年入侵上谷、代郡、雁门、定襄、云中、上郡，想夺回河南之地。元朔五年(前124)汉派卫青为大将军，率领六员大将、十万余人出塞六七百里，匈奴右贤王以为汉兵不会到达，夜饮醉酒，汉兵夜围右贤王，右贤王大惊失色，脱身逃走，卫青乘胜追击，俘获右贤王部一万五千余众。第二年，卫青又带领六将军出定襄郡数百里北击匈奴，斩获三千余众。之后，继续远征，迫使匈奴退到漠北，巩固了河南之地。
　　元狩二年(前121)，汉武帝连续发动了河西、漠北之战。
　　元狩四年(前119)，汉武帝命大将军卫青出兵定襄郡，骠骑将军霍去病出兵代郡，向漠北穷追匈奴。卫青在漠北击败单于，单于率残部向西北溃逃。霍去病出塞二千余里，歼灭匈奴左贤王的主力。此后匈奴势力衰落，向西北远徙，汉得河西四郡地。河西水肥草美，匈奴失河西，经济受到很大损失。所以匈奴人唱道：“失我祁连山，使我六部不蕃息；失我焉支山，使我嫁妇无颜色”（《史记·匈奴列传》注引《西河旧事》）。元封元年(前110)农历十月，汉武帝带领十二部将，十八万步骑兵，亲征匈奴，从雁门出塞，北登单于台(今内蒙古呼和浩特西），迫使匈奴归顺了汉朝。从此，北方边地逐渐安定。汉武帝也因穷兵黩武，连年战争，国势渐衰，以后，便采取休养生息的政策，直到汉元帝时，汉女王昭君远嫁呼韩邪单于，恢复和亲，结束了百余年汉与匈奴之间的战争局面。