卫青这一路虽然给匈奴一只鞋单于所部造成了极大的杀伤，但是，终究没有完成既定的战略计划。
可东路军在霍去病的率领下，获得了比卫青更加辉煌的胜利。
从定襄郡出塞后，霍去病率校尉赵破奴等，率领全部东路军六万精兵，深入漠北寻找匈奴左贤王的主力，在这个的过程当中，他只携带了少量的辎重粮草。
沿途，霍去病看着以战养战的方式，持续作战，他还驱使所俘获的匈奴人为前锋为汉兵开路，跨过大漠，便俘获和杀死了不少匈奴贵族，又越过难侯山，渡过弓卢水，抓获屯头王、韩王等三人，将军、相国、当户、都尉等八十三人。
此一役，是霍去病率军出战以来伤亡人数最少的一次，直到他率领所部返回定襄郡的时候，经过统计，东路军出动六万人，返回五万两千人，沿途只战死了近八千人。
而且，此战中，东路军前后捕获的胡虏总共九万多人。因为，这一次霍去病所率领的士兵要比历史上多，因此，捕获到胡虏也就要多一些。
而卫青所部，不算郝贤那一万人，士兵人数加起来总共已经十三万人，前后获得的胡虏加起来也只有八万多一点。
之后，霍去病封狼居胥山，禅于姑衍，登临翰海才全军而还。
此战之后，左贤王自己逃过了霍去病的追击，但是其所部的损失也同样非常大。而且，他还同时失去了对东胡分支乌桓的控制。
战后，汉武帝命令沿边各郡将乌桓族人分别安置于于上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东五郡塞外，作为大汉朝的耳目，为大汉侦察塞外匈奴的一举一动。由此可见，在霍去病率领所部大破左贤王地之前，经常侵扰上谷、渔阳、右北平、辽西和辽东等地的是，就是以左贤王为首的匈奴人。
经此一战，匈奴单于远遁漠北，漠南再无任何王庭的存在了。
这一战，不论是汉武帝，还是一只鞋单于都可谓是倾尽了自己的全力。
匈奴最为强盛的时期，号称控弦三十万，这一战，两路大军就击毙或俘获了总共十七万，当然，这其中肯定有匈奴人故意抛弃的部落中奴隶、老人，女人。
左贤王因为没有预料到霍去病所部人数众多，预判错了局势，他部下的精锐损失非常大，而一只鞋单于所部的精锐却大半保存了下来。此役过后，一只鞋单于虽然威望降至了冰点，可是，他却成了整个匈奴各部中实力最强的。
左贤王和右贤王都被大大的削弱了，他自然就成了最强的。
经过这次大决战，可以说，汉武帝协同卫青和霍去病，将危害汉朝百余年的匈奴边患基本解决了。
不过，善后事宜，卫青和霍去病不用操心，可汉武帝却为此操碎了心。
出兵的时候，需要征调大量的士兵，粮草，还有运送粮食的大量的民状和牛马车辆。在这方面，韩安国、童忠、宁成和米田替汉武帝解决了非常多的困难。