就在蘇武被匈奴扣押並流放的同一年，非常巧合的是，之前被俘的趙破奴曆盡艱辛，竟然從匈奴逃了回來。
猛將趙破奴的歸來，讓武帝劉徹頗感欣慰；不幸的是蘇武卻又身陷匈奴，跟趙破奴掉了個個兒。
武帝派遣蘇武出使匈奴，本是為了回報且鞮侯釋放出的“善意”，不料整個使團竟然有去無回；且蘇武等人從此下落不明、生死未卜。這樣的結果不僅讓武帝始料未及，更令他無法容忍。
天漢二年（公元前99年）秋，武帝對匈奴采取了軍事上的報複行動。
他命李廣利率三萬精銳騎兵，從酒泉出塞，進攻匈奴右賢王的根據地天山。這一戰李廣利發揮得不錯，大破匈奴，斬首並俘虜一萬餘人。可是，就在李廣利班師回朝的路上，匈奴的援軍竟然追了上來，將其團團包圍。
漢軍被圍困了數日，幾番惡戰後，傷亡慘重；加之後勤補給中斷，糧食耗盡，情況十分危急。李廣利麾下勇將趙充國組織了一百多人的敢死隊，拚死突圍，硬是將匈奴的包圍圈撕開了一個口子，李廣利這才率領餘部突出重圍，脫險而歸。
此役，漢軍傷亡了十之六七（相當於兩萬人），遺憾地抵消了前麵那一仗的勝利果實。
趙充國身負重傷，身上的傷口多達二十餘處。武帝劉徹非常感動，召見了趙充國，親自察看了他的傷情，嗟歎不已，隨後便擢升他為中郎。
此次出征，李廣利僅取得了一勝一負的戰果，算是跟匈奴人打了個平手，沒有達到武帝預期的戰略目的。所以，武帝旋即又命因杅將軍公孫敖率部從西河郡出塞，與強弩都尉路博德所部在涿塗山（今蒙古國巴彥溫都爾山）會師，試圖對這一帶的匈奴軍隊進行掃**。
然而，兩支兵團在塞外轉了一大圈，卻始終沒有發現匈奴人的蹤跡，遂無功而返。