汉天汉二年(公元前99年)，在西汉与匈奴的战争中，贰师将军李广利远程进攻天山(今新疆天山)匈奴右贤王的作战。

漠北之战后，匈奴远遁大漠以北，实力大减；西汉亦因马少，一时无力渡漠反击。双方暂时休战。此后，匈奴逐渐恢复力量，并向西北迁徙。其左部西移至云中(郡治云中，今内蒙古托克托东北)以北，其右部与汉酒泉(郡治禄福，今甘肃酒泉市)相对。至元鼎五年(前112年)，又开始对汉边郡袭掠。天汉二年秋，武帝刘彻以征大宛(西域城国，都贵山城，今乌兹别克共和国卡散赛)之威，发兵四路击匈奴。主攻方向李广利率3万骑出酒泉，进至天山，击败匈奴右贤王，斩、俘万余人。回军途中，被匈奴重兵包围，缺食数日，伤亡惨重。幸假司马赵充国率壮士百余人拚死冲破匈奴包围，李广利率军紧跟其后，才得脱险。汉军先胜后败，阵亡十分之六、七。因杆将军公孙敖出西河(郡治平定，在今内蒙古东胜境)与强弩都尉路博德会师涿涂山(一作涿邪山，今蒙古图音河南)，均无所得而返。为牵制匈奴，遣骑都尉李陵率步兵5000人出居延(今内蒙古额济纳旗东南)北千余里，被单于骑兵包围，李陵兵败降匈奴(参见浚稽山之战)。

汉明帝永平十五年（公元７２年）十一月，北匈奴侵袭河西，明帝决定发兵进攻北匈奴。次年二月，东汉政府大发边军，并联合南匈奴、卢水羌胡、乌桓、鲜卑共数万人，分４路出击：谒者仆射祭彤与度辽将军吴棠出高阙寨（今内蒙古杭锦后旗），进袭涿邪山（今阿尔泰山东）的北匈奴皋林温禺犊王；奉车都尉窦固及骑都尉耿忠出酒泉塞（今甘肃酒泉），进击白山（今新疆天山）；驸马都尉耿秉与骑都尉秦彭出张掖居延塞，向三木楼山方向进攻；骑都尉来苗与护乌桓校尉文穆出平城塞（今山西大同），向匈奴水（今内蒙古翕金河）方向进击。

４路军中，窦固（·～公元８８年）、耿忠一路战绩最佳。２人率酒泉、敦煌、张掖甲卒及卢水羌胡１。２万骑兵出塞后，长驱天山，击败北匈奴呼衍王部，斩杀千余人，随后又追击至蒲类海（今新疆巴里坤湖），攻占伊吾卢城（今新疆哈密西），在这里设置宜禾都尉，留驻吏卒屯田，然后返回。其余３路均因北匈奴远遁无功而还。

永平十七年（公元７４年），窦固二次兵伐天山，在蒲类海击破白山部匈奴，进而前至车师，复置西域都护，戊己校尉，恢复了汉与西域的交通。

这次东汉４路大军出击，虽未消灭北匈奴的主力，但是重新打通了西域，实现了斩断匈奴右臂的目的。在这次战役中，东汉首次征调少数民族军队共同进击匈奴，为其 以夷伐夷 战略方针的实施，提供了成功的经验。