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。
元狩二年（公元前121年）是一个多事之年，在这年秋天又发生了令人拍案叫绝的事情。匈奴的单于由于西方的浑邪王屡次被骠骑将军率领的汉军打败，损失几万人而大怒，想召来浑邪王，把他杀死。在匈奴的制度中，是以左为尊，左贤王一般都是太子兼任，左贤王集团也要比右贤王集团兵力精锐，对于右贤王的关照本来就没有左贤王集团多，再加上由于这一年中浑邪王屡次被骠骑将军击败，所以本来就地位不太高的右贤王集团的浑邪王被单于盯上了，估计是要作为一个典型案件来处理，振作一下军心士气，估计是消息不机密，所以被浑邪王知道了，于是浑邪王和休屠王等想投降汉朝，就先派人到边境迎住汉人。这时，大行李息率兵在黄河岸边筑城，见到浑邪王的使者，立即就命令传车急驰而归，向皇帝报告。皇上听过汇报后，怕浑邪王用诈降的办法偷袭边境，于是就命令骠骑将军领兵前去迎接浑邪王和休屠王。骠骑将军已经渡过黄河，与浑邪王的部队相互远望着。
这时浑邪王的部队中的副将们看到汉朝军队，又听说是霍去病领兵的部队，估计是前一段时间被霍去病打怕了，再加上本来对投降汉朝没什么想法，于是很多人就开始逃跑，这时霍去病的气势表现出来，一般的情况下，在当时匈奴人一片混乱、情况不明，霍去病完全可以任由匈奴人自行内乱，不必自己冒险到一堆炸了窝的匈奴人中去犯险，因为被匈奴乱兵杀死或俘虏的机率很大，而霍去病竟然大胆地冲入匈奴军中，不伤己方一人却杀死哗变的8000匈奴人，再降伏了余下四万人。少年英雄的胆识可见一斑，他当时应该是像战神一样威武，这个形象刻在了匈奴人的心中，也刻在了中国历史的画卷上。
在杀死哗变的匈奴人之后，霍去病命浑邪王一个人乘着传车，先到皇帝的行在所，然后由他领着浑邪王的全部军队渡过黄河，投降者有几万人，号称十万。他们到达长安后，天子用来赏赐的钱就有几十万。划定一万户封浑邪王为漯阴侯。封他的小王呼毒尼为下摩侯，鹰庇为？渠侯，禽梨为河綦侯，大当户铜离为常乐侯。
从此，河西走廊成为汉朝的领土，不久汉朝在河西地区设立了武威、张掖、酒泉、敦煌四郡，汉与西域之间的交通，从此畅通无阻。不仅如此，在这次河西战役之后，汉朝在西北方向的压力大减，减少了陇西、北地、上郡戍守之兵的一半，从此汉朝摆脱了两线作战的形式，可以专一对付东北的匈奴左贤王部和单于本部。
在这次战役后，还有一个关于霍去病的传说流传了下来，霍去病河西立下大功，汉武帝特派使臣载了美酒到前线去慰问他。霍去病对使臣说：谢谢皇上的奖赏。但重创匈奴不是我一人的功劳，功劳归于全体将士。命令将御赐美酒抬出犒劳部下。但酒少人多，怎么办？霍去病吩咐手下，将两坛美酒倒入营帐所在的山泉中，整个山谷顿时酒香弥漫，全体将士纷纷畅饮掺酒的山泉，欢声雷动。这就是“酒泉”的来历。不管这是传说还是史实，千年之后我们读到这个故事，还是会有一种荡气回肠的感觉，一位英勇却浪漫的少年将军的形象在我们面前栩栩如生。
河西战役结束后，霍去病又被汉武帝封赏，划定一千七百户增封骠骑将军。这位少年将军只休息了一年多，又一场战役在等待着霍去病，这就是赫赫有名的漠北战役。
在元狩四年（前119），由于复降匈奴的翕侯赵信替匈奴单于出谋画策，认为汉朝军队不能越过沙漠轻易留在那里，于是汉武帝命令大将军卫青、骠骑将军霍去病各率五万骑兵，几十万步兵和转运物资的人跟随其后，骠骑将军从代郡出兵，大将军卫青从定襄出兵。在霍去病的军中都是敢于奋力战斗和勇于深入的士兵，而且为了让霍去病统一指挥，没有让老将军跟随霍去病，而是任用李敢等人做大校，充当副将，完全是年轻人的天下，而大部分老将都在卫青麾下。唯一在霍去病麾下的老将是右北平太守路博德，但也是偏师。
我想汉武帝的意图是用霍去病和匈奴单于的主力交战，因为霍去病出兵的代郡是正面面对匈奴王亭的，但是这次由于一系列的阴错阳差，卫青面对的是单于主力，而霍去病面对的是左贤王集团，上面说过，一般匈奴的太子自兼左贤王，所以左贤王集团也是匈奴的一级主力，但是霍去病充分发挥骑兵的机动作战能力，越过大沙漠，渡河捕获单于近臣章渠，诛杀匈奴小王比车耆转而攻击匈奴左大将，斩杀敌将，夺取其军旗和战鼓。翻越离侯山，渡过弓闾河，捕获匈奴屯头王和韩王等三人，以及将军、相国、当户、都尉等八十三人。然后在狼居胥山祭天，在姑衍山祭地，并且登上高山以望大沙漠。转战两千余里，彻底打垮了左贤王集团，既打败右贤王集团后，再次击垮匈奴的另一只战略集团，霍去病这次胜利和卫青打败匈奴单于的主力，至此，匈奴的三大战略集团都被打垮，没有能力再和汉朝进行大规模的作战，漠南从此无匈奴王庭。
这次战役过后，汉武帝又划定五千八百户增封骠骑将军，和霍去病一起出兵的将领都得到了封赏，右北平太