在他看来，己方兵力上已经占了六比一的巨大优势，何况还是骑兵对步兵。不管从哪个角度分析，李陵都插翅难飞。但是，李陵的勇猛远远超出了单于的预料。

两军交战后，单于远远望去，只见李陵以一当十，呼声震天，一般的匈奴骑兵还未靠近便被斩落马下。单于皱了皱眉，下令让部下加快进攻速度，想要用人海战术来拖垮李陵。在单于的授意下，匈奴骑兵源源不断地杀向李陵。李陵虽然杀敌无数，但还是被敌军砍伤了，身体和盔甲更是被鲜血染成了深红色。与此同时，汉军也被层出不穷的匈奴大军吓破了胆子，开始出现小范围的逃窜现象。

单于的脸上露出笑意，以为李陵已经是强弩之末了。他向几位将军示意，准备用分割的方式来将汉军分成几个部分，然后各个击破。可不久之后，战局突然发生了巨大的变化。李陵不顾一切地收缩兵力，然后身先士卒，领着将士们向匈奴大军最密集的地方杀去。这支在单于看起来规模很小的汉军，竟然像匕首一样尖锐。三万多匈奴骑兵，只能和李陵的五千汉军战成平手。单于担心汉军会逃出包围，于是赶忙向匈奴的左贤王、右贤王求援。很快，闻讯而来的左、右贤王带着五万骑兵奔赴战场，将李陵死死地堵在了包围圈内。

匈奴的援军加入战场后，汉军再无任何生还的可能。

李陵率军且战且退，在射光了最后一支箭后，匈奴大军已经逼到了眼前。为了保全性命，李陵暂时选择了投降，想要寻找时机逃脱，然后继续为大汉效力。

但是，李陵投降的消息传来，朝堂上的大臣们各执一词，有人极力为李陵开脱，也有人认为李陵已经背叛了国家。汉武帝拿不定主意，就派大将公孙敖率军前去打探消息。进入匈奴的领地后，公孙敖像个没头苍蝇一样到处乱撞，始终无法得知李陵的下落。

眼看离汉武帝规定的时间越来越近，公孙敖担心受到皇帝的责怪，就打算用欺骗的方式交差。回去之后，他哭着对汉武帝说道：“臣奉旨前去相救李将军，但李将军却在一心一意地为匈奴操练兵马。”汉武帝信以为真，当即下达了灭族的命令。