河西地區指今甘肅的武威、張掖、酒泉、敦煌等地，因位于黃河以西，古人稱為河西，又因為它處在祁連山與合黎山之間的狹長地帶，又被稱作河西走廊。
秦朝時河西地區歸大月氏統治，漢武帝曾試圖聯合大月氏一道攻打匈奴，并派張騫出使大月氏。但沒想到后來河西地區全部為匈奴占領，張騫也被抓了，九死一生才逃回來。
經過河南、漠南之戰后，匈奴撤退至漠北，于是漢武帝把目光投入到河西地區，目的是消滅匈奴的右部勢力，切斷匈奴與羌人、西域各部落的聯系，從而徹底殲滅匈奴。
元狩二年（前121）春，漢武帝命霍去病為驃騎將軍，率領一萬騎兵出征匈奴。霍去病部從隴西郡出發，一改漢軍往日的陣地戰戰術，發揮騎兵快速機動的優勢，六天轉戰上千里，重創了匈奴五個部落王國，這樣的戰術在當時的漢軍還是第一次。面對大量匈奴俘虜，霍去病又做出一個驚人決定：靠著他的威名，凡是愿意跟隨他的，他收為部下，不愿意的，他放走了，放走前還告訴他們漢朝的仁義和威武，讓他們向族人轉達，就這樣許多匈奴人紛紛投靠漢朝，再后來，他們就變成了地地道道的漢人。
緊接著，霍去病部再次轉戰千里，縱橫焉支山，并一舉殲滅該處的匈奴主力八千余人，斬殺匈奴折蘭王、盧侯王，俘虜渾邪王之子及大量匈奴官員，繳獲物資不計其數。
此戰過后沒多久，匈奴入侵代郡、雁門郡（匈奴也玩起了“你打你的，我打我的”戰術）。于是，漢武帝命博望侯張騫、郎中令李廣從右北平進攻匈奴左部，命霍去病、公孫敖從北地進攻匈奴右部。
張騫、李廣出發后，張騫的主力部隊未能及時趕到戰場，導致李廣部四千人遭到匈奴左賢王主力四萬多人的包圍，李廣充分發揮漢軍戰術意識強、紀律嚴明、弓箭射程遠的優勢，以騎兵射手為主力阻擋匈奴軍隊，并讓兒子李敢率小股部隊擊破匈奴陣型。就這樣，匈奴人有十倍的兵力優勢，卻拿李廣部沒辦法。后來，張騫主力趕到，匈奴撤軍。李廣部殲敵近四千人，自身也損失殆盡，
霍去病、公孫敖出發后兵分兩路，但公孫敖后來迷路了，未能與霍去病匯合，霍去病膽大心細，他沒有堅守等同伴，而是單獨進軍，沿著大縱深外線迂回作戰：他先由寧夏靈武渡過黃河，向北越過賀蘭山，川野騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠，繞道居延海（今內蒙古西北），轉而由北向南，沿弱水而進，經小月氏部落（居住在甘肅酒泉一帶未遠走他鄉的月氏人），再由西北轉向東南，深入匈奴境內兩千余里，在祁連山與合黎山之間的弱水上游地區，從渾邪王、休屠王軍側背發起猛攻。
霍去病部路線圖
匈奴軍隊毫無防備，被打得落花流水。漢軍以傷亡三千人為代價，殲滅匈奴三萬余人，迫降單桓王、酋涂王及相國、都尉等官員兩千余人，俘虜匈奴王五人、王母五人，單于閼氏、王子59人，相國、將軍、當戶、都尉63人。渾邪王、休屠王率殘軍逃走。留下了一首流傳歷史的民謠：亡我祁連山，使我牛羊不蕃息。失我胭脂山，令我婦女無顏色。
伊稚斜單于得知渾邪王、休屠王兩戰兩敗，河西地區丟了一大半，氣憤不已，要嚴懲他們。二王走投無路，決定派使者來漢朝請求歸降。此時他們手上還有四萬余人，漢武帝恐其中有詐，令霍去病率前去受降。果不其然，漢軍未到河西，休屠王又拒絕降漢，渾邪王殺了休屠王并收編了其余人，此時匈奴內部極其不穩定。漢軍渡過黃河后，排著嚴整的陣型開進。匈奴人看到漢軍呈戰斗隊形前來，頓時騷動起來，有些人試圖逃走，霍去病當機立斷，馳入匈奴陣中與渾邪王相見，斬殺了那些不順從的匈奴人，穩定了局勢，就這樣匈奴人投降了。
從此，漢朝拿下河西地區，先后在河西走廊設置了武威、酒泉、張掖、敦煌四郡，從內陸遷移大量人員到河西走廊戍邊、生產。
河西之戰是漢匈戰爭中的關鍵一戰，對漢朝乃至整個中華文明影響深遠。
從軍事角度看，左路的漢軍消滅、俘虜匈奴右部八萬余人，包括許多匈奴王族，右路的漢軍雖然未能擊潰匈奴左部，但李廣部以一擋十，同樣重創了敵軍。此戰過后匈奴已經無力對漢朝發動大兵團攻擊。
從地理角度看，河西走廊全部納入漢朝版圖，一舉解決漢朝的邊防問題，此戰過后漢朝再也不用擔心自己會丟掉半壁江山，而且占領了河西走廊就等于打開了漢朝與西域各國交流的大門。漢朝與西域和中亞不再是兩個孤立的世界，中國和西方國家開始了來往。
從財政角度看，拿下河西走廊后，漢朝不再需要花費大量人力和財力守衛邊境，河西走廊地形平坦開闊、資源豐富，反而能反哺中原地區的經濟，而且祁連山北麓有著一片廣闊馬場，那里出產的馬遠勝于中原馬，成為了漢朝馬匹的主要來源。
終于，漢朝又完成了一次對匈奴的軍事打擊，兩個大帝國的決戰即將開始。欲知事后如何，且聽下回分解——漠北之戰。
