元光二年（前133年），王恢向刘彻提出了“马邑之谋”，这是汉朝对匈奴政策从妥协转向反击的标志事件。王恢建议，利用匈奴贪财的特点，派马邑豪强聂壹向匈奴军臣单于诈降，声称愿将马邑城献给匈奴，引诱匈奴大军入境，然后汉朝在马邑谷中设伏，一举歼灭匈奴主力。刘彻对这一计划充满期待，立即批准实施，派遣韩安国、王恢、李广等五位将军，率领三十万大军埋伏在马邑周围。
军臣单于果然率领十万骑兵南下，当行至距离马邑百余里的地方时，发现沿途的牲畜都被驱赶藏匿起来，却不见汉朝百姓，心生疑虑。此时，匈奴抓获了一名汉朝的尉史，尉史被迫泄露了马邑之谋的计划。军臣单于大惊失色，立即率军撤退。汉朝的三十万大军埋伏多日，最终无功而返。马邑之谋的失败，让刘彻颜面扫地，主战派的王恢因未能率军追击匈奴，被下狱治罪，最终自杀身亡。此后，匈奴与汉朝彻底断绝和亲关系，更加频繁地入侵汉朝边塞，双方进入了长期的战争状态。
马邑之谋失败后，刘彻意识到，对匈奴的妥协退让无法换来和平，必须以武力彻底解决匈奴问题。他开始大力整顿军队，提拔年轻有为的将领，其中最具代表性的便是卫青和霍去病。
卫青出身卑微，是平阳公主的骑奴，后因姐姐卫子夫被刘彻宠幸，得以入宫任职。他虽出身不高，但极具军事天赋，为人沉稳，用兵谨慎。元光六年（前129年），刘彻派卫青、公孙敖、公孙贺、李广四位将军各率万骑，分四路出击匈奴，这是汉朝第一次主动大规模出击匈奴。结果，公孙敖、李广两路兵败，公孙贺一路无功而返，只有卫青率领的军队直捣匈奴祭天圣地龙城，斩杀匈奴七百余人，取得了汉朝对匈奴作战的第一次重大胜利。卫青也因此一战成名，被封为关内侯。
此后，卫青多次率军出塞，屡立战功。元朔二年（前127年），卫青率军进攻匈奴占据的河套地区，采用“迂回侧击”的战术，大败匈奴白羊王、楼烦王，收复了河套地区。刘彻在此设置朔方郡和五原郡，迁徙十万人口前往定居，并修建朔方城，作为汉朝北方的军事重镇。这一胜利，使汉朝在对匈斗争中逐渐掌握了主动权，为后续的军事行动奠定了基础。
霍去病是卫青的外甥，自幼习武，勇猛善战，性格果敢，用兵风格与卫青截然不同，以“快速突袭”著称。元狩二年（前121年），刘彻任命霍去病为骠骑将军，率军西征匈奴右地。霍去病率领万余骑兵，从陇西出发，转战六日，越过焉支山千余里，斩杀匈奴折兰王、
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