李广又是惭愧又是愠怒，谒见大将军后，径直回了军营。卫青见李广有脾气，知其因无法立功而苦恼，便派长史给李广送去糒（干粮）醪（浊酒），以作安慰。李广收下后，长史又说大将军正在做战况汇总，因而想问一下两军迷路的具体情况。一听这话，李广便气不打一处来，但也不好说什么，只是久不回话。长史也不好说什么，也不敢用强，但对李广幕府的人员就不那么客气了，令他们立即上薄。李广一向爱护部下，不想让他们为难，便对长史说：“校尉们无罪。是我迷失道路，以致贻误军机。我现在随你亲自到大将军幕府去受审对质。”诸校尉岂肯让李广独担罪责，便纷纷跟随而去。
到了大将军幕府后，李广，这个在战场上从未胆怯的将军，从未慌乱的将军，隐隐生出了一丝不安、一丝羞愧，便转头对他的部下叹道：“自结发起，我便与匈奴作战，大大小小的战役加起来达七十多次。如今有幸随大将军出征同单于部交战，本为前锋，可大将军调我的部队走迂回绕远的路，这倒罢了，却偏偏迷路，难道不是天意吗？难道不是上天有意不让我有机会立功封侯吗？唉，我已经老了，今年六十有余，不能也不愿再受刀笔吏（掌管文书之官吏）的盘诘了！”毅然引刀自刭。他的部下近在咫尺，却救援不及，只得抱着李广那逐渐冰冷的遗体大哭。大将军的幕府人员都被这突遇其来的变故给弄得目瞪口呆，醒悟过来后，慌忙报与卫青知晓。卫青也万料不到李广竟然如此刚烈，急忙领军医前来查看，可李广已死去多时了。李广部的将士得知，都为之痛哭。卫青叹息一番，于军中为李广举办一个简单的祭礼，而后命人将他的遗体急速送回长安。百姓听到李广逝世的消息，不论认识李广与否，不论男女老少，都为之落泪。
右将军赵食其回朝后，下了大狱，论罪当死，后缴纳了一定的赎金，变成了庶人
而霍去病部出代郡、右北平后，在军中荤允之士的指引下，狂飙猛进，北进两千余里，越过沙漠后，捕获单于近臣章渠，诛杀比车耆（匈奴王号），转击左大将双，夺左贤王旗鼓，接着越过离侯山，渡过弓闾河，获匈奴屯头王、韩王等三人，俘将军、相国、当户、都尉等八十三人，乘胜追杀至狼居胥山（在今蒙古乌兰巴托以东，克鲁伦河之北。）。于是汉军在狼居胥山举行了祭天封礼，在姑衍山（在狼居胥山之西，在今蒙古乌兰巴托以东。）举行了祭地禅礼，兵锋一直逼至瀚海（贝加尔湖），已无法再前进了，这才凯旋而归。此一役，全军轻装，取粮于敌，行程殊远而粮不绝，斩获总计七万零四百四十三人，使敌人损失达十分之三。
回朝后，霍去病因功益封五千八百户。右北平太守路博德率部如期到达兴城，又攻杀至梼余山，斩首捕虏总计二千八百人，因功被封为邳离侯。北地都尉卫山从骠骑将军获王，被封为义阳侯。归义因淳王复陆支，楼专王伊即靬皆有功，分别被封为壮侯、众利侯。从骠侯赵破奴、昌武侯赵安稽（故匈奴之王）因功各益封三百户。渔阳太守解、校尉李敢皆获鼓旗，都被赐爵关内侯，食邑稍有不同，分别为三百户和二百户。校尉徐自为因功被赐爵左庶长（爵名，第十级。）。其余军卒、军吏之类的许多人，或因功升迁，或因功受赏，
卫青此次食邑没有被加封，其部吏卒亦无封者。
漠北之战后，匈奴折了八九万人，实力大损，只得远遁，从此漠南无王庭。汉军趁机渡过黄河，占据了自朔方以西至令居（今甘肃永登西）这一带，常常在那里修通沟渠，开垦田地。戍守的官吏士卒有五六万人，逐步蚕食北方土地。慢慢地，汉界接近匈奴旧地以北。
漠北之战中，汉军的损失也很大。两军出塞时，登记在册的官马、私马总计十四万匹，而入塞时马匹总数已不足三万。汉军的阵亡者亦有数万之众。但不管怎么说，此战击溃了匈奴在漠南的主力，使得他们一时不能亦不敢再南下。因而武帝还是挺满意的，于是设置大司马位，以代替建元二年（公元前139年）被废除的太尉之职，大将军卫青、骠骑将军霍去病皆加官为大司马。武帝同时下令，骠骑将军秩禄与大将军等同。自是之后，霍去病日益显贵并超过了卫青。在那个“无功不得封侯”的时代，追求军功的部下纷纷离开不再出征的卫青而转投霍去病门下，是以经常得到官爵。但即便如此，任安还是不肯离去，仍侍奉卫青如旧。
李广逝世的时候，他的长子李当户、次子李椒皆已先他而故去。其幼子李敢随霍去病出征归来后，被赐爵关内侯。过了一些时候，武帝大概也觉得李广之死与自己有点关系，心内有愧，又见李敢忠勇可用，便提拔他承继父职而为郎中令。郎中令李敢的心里，一直有一股怨气，认为是大将军卫青陷害其父，因而寻衅滋事并击伤了大将军。
