元狩二年（前121年）春，汉武帝诏令霍去病为骠骑将军，率领一万精锐骑兵从陇西（今甘肃临洮）出发征讨河西匈奴浑邪王和休屠王。霍去病采用灵活的战术，接连攻破匈奴多个部落。 历经六日，转战千余里，斩杀折兰王、卢侯王，俘获浑邪王子和相国、都尉等，还收缴了休屠王祭天金人。全部占领河西走廊。此役，汉军大获全胜，汉武帝益封霍去病 2500 户。 夏天，汉武帝又令霍去病与合骑侯公孙敖出征河西。公孙敖迷路，未能与霍去病按时会合。霍去病率领孤军向西挺进，过居延（今内蒙古额济纳旗），沿黑河南下攻破浑邪王驻地觻得（今甘州区黑水国北城）。随后沿黑河南进，击溃浑邪王的主力，再深入祁连山，经过小月氏地，大扫浑邪王残部，获得大胜。此次战役俘单桓王、酋涂王及其相国、都尉和众多士兵，又俘五王、王母、单于阏氏、王子等多人。 把匈奴势力彻底赶出了河西。匈奴人哀歌曰：“亡我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁妇无颜色。”霍去病因功益封 5400 户。 河西战役之后，匈奴单于对浑邪王屡吃败仗很恼火，想借聚会之机杀掉浑邪王。浑邪王与休屠王商议后决定降汉，先和驻令居（今甘肃永登）的汉将李息联系。汉武帝派霍去病率精骑迎接，霍去病刚渡过黄河，不愿投降的匈奴兵纷纷逃跑，霍去病斩了逃跑的 800 人。最终浑邪王杀了休屠王，领着 4 万兵众，随霍去病到长安投降了汉王朝。 河西之战后，汉武帝在河西地区设立了武威、酒泉两个郡。河西地区系指今甘肃的武威、张掖、酒泉、敦煌等地，因位于黄河以西，自古称为河西，又因其为夹在祁连山与合黎山之间的狭长地带，亦称河西走廊，是中原地区通往西域的咽喉要道。汉武帝组织河西之战的目的就在于争夺河西走廊，打通通往西域的道路。 ​ 这一年，江都王刘建淫乱无道，畏罪自杀，汉改江都国为广陵国，以武帝子刘胥为广陵王。 汉武帝封淮南康王的小儿子刘庆为六安王。 元狩三年（前120年），关东水灾，民多饥乏，移民七十余万于关西，并充实朔方、陇西、北地、西河、上郡等边郡，此外也有迁徙会稽郡的。对于西南边陲，主要是鼓励有实力的豪民到南方少数民族地区进行土地开垦。 ​ 元狩三年（前120年），刘彻在长安开凿昆明池，以备在滇池作战。昆明虽然后来被汉朝击溃，但仍不断作乱、阻碍使者，使刘彻未能打通南方丝绸之路 ​ 同年，汉武帝派遣使节前往亚历山大，这是中国历史上首次对外交流的重要尝试， 历史故事  秦汉历史