利用大车围成坚固的营垒。这样一来，他们不仅可以有效地抵御敌人的攻击，还能为自己提供一定的掩护。李陵亲自率领士兵们走出营垒，列成整齐的阵势。前排的士兵手持长戟和盾牌，后排的则手持弓箭和弩机，严阵以待。匈奴人见到汉军人数较少，便毫不犹豫地直接冲向营垒，企图一举攻破汉军的防线。然而，李陵早已料到敌人的这一举动，他果断下令，千弩齐发，顿时箭矢就如雨点般的射向了匈奴的军队。匈奴人猝不及防，纷纷中箭倒地，一时间人仰马翻，惨叫连连。匈奴军队被这突如其来的攻击打得措手不及，只得狼狈地退到山上。李陵见势，立刻率军追击，不给敌人喘息的机会。在激烈的战斗中，汉军奋勇杀敌，斩杀了数千名匈奴士兵。单于见状，大惊失色。他万万没有想到李陵的军队竟然如此勇猛，于是紧急召集左右两地的八万多骑兵，一同前来围攻李陵。李陵也深知敌我力量悬殊，但他并没有退缩。他指挥着军队边战边向南撤退，经过数日的艰苦行军，终于到达了一个山谷之中。在这连续的战斗中，汉军士兵们也付出了惨重的代价。许多人被箭矢射中受伤，重伤者无法继续战斗，只能用车辆运载；而轻伤者则咬紧牙关，继续与敌人厮杀。尽管如此，李陵的军队依然毫不示弱，他们又斩杀了三千多名匈奴士兵。李陵率领着残部继续向东南方向撤退，沿着旧龙城的道路艰难前行。在经过了四五天的艰难跋涉，他们终于来到了一片芦苇丛生的沼泽地。然而，匈奴人并没有打算放过他们，他们利用上风的优势，放火烧起了芦苇，企图用火攻来消灭李陵的军队，李陵眼见火势凶猛异常，心知若是不采取有效的措施，后果将会不堪设想。于是，他当机立断，命令军中也放火，以火攻对火攻，从而自救。此时单于的军队正驻扎在南山之上，单于又派遣他的儿子率领精锐的骑兵，如狂风骤雨般地向李陵的部队发起猛攻。李陵的步兵则巧妙地利用树林作为掩护，与匈奴的骑兵展开了一场惊心动魄的激战。在激烈的战斗中，李陵的军队展现出了顽强的战斗意志和卓越的战术技巧。他们以树林为屏障，灵活地穿梭其中，不断地给匈奴骑兵造成致命的打击。经过一番苦战，李陵的军队成功地斩杀了数千名匈奴士兵，有效地遏制了单于军队的攻势。李陵眼见单于的军队开始动摇，果断地命令士兵们使用连弩，向单于所在的方向猛烈射击。连弩的威力巨大，箭矢如雨点般密集地射向单于，让他惊恐万分。单于无法抵挡这猛烈的攻击，只得狼狈地下山逃窜。当天，李陵的军队俘虏了一些匈奴人。通过审讯这些俘虏，李陵得知了单于内部的一些情况。据俘虏们透露，单于曾对他的部下说：这支汉朝的军队真是精锐啊！我们攻打了这么久，竟然都无法将他们击败。而且，他们日夜引诱我们向南靠近边塞，难道是有伏兵在等着我们吗？各当户和君长们纷纷附和单于的看法，他们认为：单于亲自率领数万骑兵，却连汉朝的几千人都消灭不了，这要是传出去，以后还怎么号令我们这些边臣呢？这只会让汉朝更加轻视我们匈奴。不如我们再在山谷中全力一战，距离平地还有四五十里，如果到时候还不能攻破他们，再撤退也不迟。”
此时李陵的部队处境变得更加危急，匈奴骑兵众多，双方一天交战数十次，汉军杀伤匈奴两千多人。匈奴单于见形势不利，就准备撤退，恰巧遇到李陵的军候管敢被校尉侮辱了，就逃亡投降了匈奴，并把李陵军队的详细情况报告给了单于，他说：李陵的部队没有后援，打到这个时候箭也快用完了，如今只有将军麾下和校尉成安侯韩延年各自率领的八百人作为前锋，他们用黄旗和白旗作为标志。现在如果派精锐的骑兵对他们进行射击，很快就能攻破他们。单于得到管敢的报告后大喜啊，于是就派骑兵全力进攻汉军，并大声呼喊：李陵、韩延年赶快投降！匈奴骑兵截断了李陵撤退的道路，开始进行猛烈的攻击。到了这时，李陵的部队就被困在了山谷中，匈奴在山上四面射箭，一时间箭如雨下。汉军无奈只能向南撤退，但是还没走到鞮汗山，五十万支箭就已全部用尽，没办法只能丢弃车辆继续撤退。此时的士兵还剩下三千多人，他们砍下车辐作为武器，军吏都手持短刀，退入了狭谷。单于大军截断了他们的后路，从山上推下巨石，士兵大多都被砸死，没办法再前进了。到了黄昏后，李陵独自一人穿着便衣走出营帐，对身边人说：你们不要跟随我，我要独自去取单于的首级！过了很久，李陵才回来，叹息说道：如今兵败，只有一死了！于是就下令斩断所有的旌旗，将携带的珍宝全部埋入地下，李陵叹息说：如果再给我几十支箭，我就能脱身了，如今没有兵器再战，天亮后只能坐以待毙了，大家各自逃命去吧，或许还有人能逃回去报告天子。随后他就命令士兵每人携带二升干粮，一片冰，约定到遮虏障会合。半夜时分，李陵开始击鼓召集士兵，但鼓没有响。李陵与韩延年翻身上马，有十多名壮士跟随他们，但是匈奴派了数千骑兵进行追击，最终韩延年战死。这时李陵说：我已经没有脸面回去见陛下了！于是就投降了匈奴。剩下的士兵们分散逃亡，最终逃回边塞的只有四百多人。?
李陵战败的地方距离边塞只有一百多里，边塞的将领将此事上报