Nhà Hán đã chuẩn bị cho việc đối đầu quân sự từ thời kỳ trị vì của vua Hán Văn Đế (trị vì từ 180 TCN đến 157 TCN). Sự tuyệt giao diễn ra năm 133 TCN, ngay sau khi có một âm mưu bất thành nhằm đánh úp thiền vu Quân Thần tại Mã Ấp (馬邑). Vào thời điểm này, đế chế Trung Hoa đã trở nên vững chắc về các mặt chính trị, quân sự, tài chính, cũng như phe ủng hộ chiến tranh đang thắng thế tại triều đình. Tuy nhiên, cũng trong năm đó thì Hán Vũ Đế (trị vì từ năm 141 TCN đến năm 87 TCN) đã đảo ngược lệnh mà ông đã đưa ra vào năm trước đó để phục hồi lại thỏa thuận hòa bình.

Mức độ đầy đủ nhất của chiến tranh đã diễn ra vào mùa thu năm 129 TCN, khi 40.000 kỵ binh Trung Quốc đột ngột tấn công người Hung Nô tại các chợ biên giới. Năm 127 TCN, tướng nhà Hán là Vệ Thanh (衛青) tái chiếm Ordos. Năm 121 TCN, người Hung Nô lại phải gánh thêm một thất bại nữa khi Hoắc Khứ Bệnh (霍去病) chỉ huy một đội kỵ binh nhẹ tiến về phía tây của Lũng Tây và trong vòng 6 ngày đã mở đường xuyên qua 5 tiểu quốc của Hung Nô. Năm 119 TCN cả Hoắc Khứ Bệnh và Vệ Thanh, mỗi người chỉ huy khoảng 50.000 kỵ binh và 100.000 bộ binh, và tiến quân theo hai hướng tây-đông, đã ép buộc được thiền vu Y Trĩ Tà (伊稚斜) và toàn bộ triều đình của ông ta chạy về phía bắc của sa mạc Gobi, hữu hiền vương đầu hàng cùng với 40.000 người.[4]. Hoắc Khứ Bệnh tiến quân theo hướng tây, đuổi người Hung Nô tới tận Lang Cư Tư Sơn, còn Vệ Thanh theo hướng đông đánh vào triều đình Hung Nô. Tại phía đông, nhà Hán liên minh với người Ô Hoàn còn tại phía tây vẫn thực hiện chính sách hòa thân.

Năm 73 TCN, nhà Hán cùng người Ô Hoàn đem 200.000 quân tấn công Hung Nô. Năm 57 TCN, triều đình Hung Nô chia rẽ, Chí (Chất?) Chi (郅支) (?-36 TCN) rút chạy về mạc bắc (tức sa mạc Gobi), năm 51 TCN Hô Hàn Tà (Da?) (呼韓邪) (58 TCN-31 TCN) về đầu hàng nhà Hán. Sau này Chí Chi đem dân chúng rút lui về khu vực ven biển Aral và hồ Balkhash (ngày nay thuộc về Afghanistan, Uzbekistan và Kazakhstan). Hô Hàn Tà chiếm lại vương triều tại mạc bắc.

Các khó khăn cơ bản đã hạn chế thời gian và sự kéo dài các chiến dịch này là các vấn đề tự nhiên. Theo phân tích của Nghiêm Vưu (嚴尤), các khó khăn này có hai điểm chính. Thứ nhất là vấn đề tiếp tế lương thực, thực phẩm với một khoảng cách lớn. Thứ hai, thời tiết ở các vùng đất miền bắc của người Hung Nô là một rào cản cho các binh sĩ người Hán, những người không bao giờ có đủ sức lực do không hợp thủy thổ.[5]. Theo các báo cáo chính thức, phía Hung Nô mất khoảng từ 80.000 đến 90.000 người, còn trong số 140.000 ngựa mà người Hán đưa tới vùng sa mạc, chỉ còn ít hơn 30.000 quay trở lại tới Trung Quốc.

Kết quả của các trận chiến này là người Hán đã kiểm soát được khu vực chiến lược từ sa mạc Ordos và hành lang Cam Túc tới Lop Nor (La Bố Bạc). Họ đã thành công trong việc chia cắt người Hung Nô ra khỏi người Khương (羌族) ở phía nam, cũng như có được đường đi trực tiếp tới Tây Vực.