这次出塞作战，霍去病发挥了骑兵的高机动性，转战六天，越过焉支山一千余里，经过五个匈奴的部落，与敌人短兵相接，杀死了折兰王，砍掉卢胡王的头，诛杀全副武装的敌兵，抓获了浑邪王的儿子及匈奴相国、都尉，歼敌八千余人，缴获了休屠王的祭天金人。
在这次战役后不久，在这年的夏天，骠骑将军又一次领军出征，这次进攻中没有卫青的身影，又是四将军出塞，好象是元光五年的翻版，估计汉武帝是希望霍去病在这次出征中和他的舅舅卫青一样，能建立功勋，在军中树立起权威。
这次出塞的四位将军是骠骑将军霍去病与合骑侯公孙敖都从北地出兵，分道进军；博望侯张骞、郎中令李广都从右北平出兵，分道进军。在东北汉武帝出动了一万四千人，由李广和张骞率领，从汉武帝的意图来看，这次东北的作战是一次战略牵制，是为了西北的出击，目的是全力打击匈奴在西北的右贤王集团，以达到通西域的战略目的。
在西北作战中，合骑侯公孙敖没有能和霍去病会合，只有霍去病自己率领骑兵越过居延泽，经过小月氏，攻到祁连山，俘虏酋涂王，率众投降的有二千五百人，杀敌三万零二百人，俘获五个匈奴小王、五个匈奴小王的母亲、单于的妻子、匈奴王子五十九个，还俘获匈奴相国、将军、当户、都尉等共六十三人，获得了很大的胜利。同时在这次战役中霍去病的指挥日臻成熟，汉军的损失只有十分之三左右，不像上两次有接近一半的损失。
在这次战役中，霍去病的部下有赵破奴、高不识、仆多三人封侯，随霍去病到达小月氏的校尉们都被封为左庶长的爵位，霍去病的军中班底开始形成。