汉和帝永元二年（公元９０年），稽洛山之战的第二年，南单于上书请求再击北匈奴。于是中郎将耿谭遣部将监护南匈奴左右部骑兵８０００人，出鸡鹿塞，抵涿邪山，留下辎重，兵分两路袭击北单于：左部向北绕过西海，进至河云（今蒙古吉尔吉斯湖西南）以北；右部从匈奴河（今蒙古拜达里格河）

向西绕过天山，南渡过甘微河（今蒙古札布汗河）。两军会合后，乘夜围攻北单于。北单于大惊，急率精兵千余人迎战。激战中，北单于负伤落马，仅领轻骑数十人逃走，所部８０００人被歼，数千人被俘。北匈奴势力更加衰弱。

次年，窦宪决定彻底消灭北匈奴，遂派右校尉耿夔、司马任尚、赵博等率兵出居延塞，远袭金微山（今阿尔泰山），大破北单于军，斩阏氏、名王以下５０００余人，北单于领数骑逃脱。

此次汉军出塞５０００余里，是汉军出击匈奴行程最远的一次。这次战役后，北匈奴一部向西远徙，余部溃散。东面的鲜卑逐渐西移，占据了北匈奴的故地。

北匈奴败亡后，南匈奴曾数次叛汉，但都被东汉平定。随着南匈奴内附日久，其社会生产和生活方式逐渐发生了变化，与汉族一样过定居生活。南单于的地位也发生变化，或由东汉政府所立，或须经东汉政府认可，同内地诸侯王基本上没有什么区别了。

东汉取得攻灭北匈奴的胜利，其根本原因在于东汉王朝进行的是正义的战争，是为保卫北部边疆的安宁，统一中国北部而进行的战争。其次，双方国力相差悬殊。东汉经光武中兴以来四、五十年的恢复、发展，出现了国富兵强的殷盛局面，国力增强，为战争准备了较为充足的人力物力条件。而匈奴不仅遭受连年的旱蝗灾害，而且内部分崩离析。先是南匈奴归附东汉，继而大批部众不断向东汉投降，周边各族乘机起兵围攻，使其实力一降再降，在几次大战中，根本无还手之力，损失惨重。再次，东汉政府战略战术运用得当。东汉初，面对匈奴咄咄逼人的攻势，东汉政府采取守势，避免与其争锋，致力于发展经济、恢复国力，待其内部混乱，实力大减时，抓住战机适时地发动了大规模战争，使北匈奴得不到喘息的机会。在战争中

，以窦固、窦宪为首的东汉诸将，英勇敢战，成功地运用长途奔袭、穷追猛打的战术，连战连胜，同时大量使用南匈奴、羌胡、鲜卑、乌桓等少数民族军队，将东汉先进的战略战术、治军方略及武器装备，与少数民族骑兵的骠悍勇猛结合起来，使东汉军队的战斗力大大提高。少数民族军队为东汉攻灭北匈奴的胜利作出了重要贡献。