回师。此番李广利出击匈奴，武帝命为后军，兼为李广利大军运送粮草。
李陵闻此出击匈奴良机，乃主动请命：臣所率领屯边将士，都是荆楚勇士，奇材剑客，力可缚虎，射必中的。望能独当一面，休使只做贰师将军运输队也。
武帝问道：卿乃名将之后，此言是也。朕发骑军三万，再无马匹拨付贤卿，奈何？
李陵答道：陛下不须拨付马匹，臣请只用五千步兵，直捣单于王庭。
汉武帝为其勇气所感，便即同意，命回营整顿步兵，诏令强驽都尉路博德，率领本部兵马，在中途迎候李陵部队，为其副将，共同出兵。
路博德曾任伏波将军，羞为李陵后备，便上奏道：今值秋季，匈奴马肥，不可与之开战。臣请来春，与李陵各率酒泉、张掖五千骑兵，分别攻打东西浚稽山，则必获胜。
武帝见奏大怒：朕本欲拨给李陵马匹，他说要以少击众。今匈奴侵入西河，卿又谓待至来春！既如此，速带你部赶往西河，守住钩营之道！
又传诏李陵：命卿九月发兵，从险要庶虏鄣出塞，到东浚稽山南面龙勒水一带，徘徊以观敌情。如无所见，则沿浞野侯赵破奴所经路线，前抵受降城休整，快马回朝报告！
李陵只得领旨，率领五千步兵从居延出发，向北行进三十日，到浚稽山扎营。
乃将所经过山川地形，绘制成图，派手下骑兵陈步乐赍图，回朝禀报。
陈步乐来见天子，陈说李陵带兵有方，将士死力效命，武帝大喜。
李陵扎营未久，忽遇匈奴单于主力，被三万骑兵包围。
李陵并不心慌，下令三军：驻扎两山之间，以大车为营垒，前持戟盾，后用弓弩。闻鼓而进，鸣金收兵，违令者斩！
众兵声诺，震动九天。匈奴见汉军人少，径直扑向营垒。
李陵挥师搏击，千弩齐发，匈奴兵应弦而倒，瞬间大乱。匈奴军败退上山，汉军随后追击，杀敌数千，军威更壮。
单于大惊，不敢小觑李陵，乃召集左贤王、右贤王部八万骑兵，一起围攻汉军。李陵寡不敌众，向南且战且走，数日后被困山谷之中。连日苦战，很多士卒中箭受伤。
李陵下令：三伤者车载，再伤者驾车，一创