番激战，汉军寡不敌众，最终全军覆没，赵破奴被俘。不过，就在匈奴军队准备乘胜进攻受降城时，儿单于却突然病死，匈奴军队不得不暂时撤退，受降城才得以保全。
儿单于死后，其叔父且鞮侯被拥立为单于。受降城之变标志着汉匈之间的相持阶段彻底结束，双方战端再次开启。此后，汉匈之间的战争不仅在北方边境展开，还逐渐蔓延到了西域地区。
在西域，汉朝和匈奴为了争夺对西域诸国的控制权，展开了激烈的角逐。太初元年至太初四年（前104年-前101年），汉武帝派李广利率军远征大宛（今乌兹别克斯坦费尔干纳盆地）。匈奴曾试图出兵阻拦李广利的军队，但未能成功。李广利最终攻破大宛，带回了汗血宝马，并在西域树立了汉朝的权威。
大宛被平定后，汉武帝认为汉朝的军威已经足以震慑匈奴，于是在**太初四年（前101年）**下征匈奴诏，历数匈奴的罪行，立誓要报汉高祖刘邦平城之围（前200年）和吕后受辱之耻。
此时，且鞮侯单于刚刚即位，地位尚不稳固，内部统治也存在诸多矛盾。为了稳定局势，且鞮侯单于决定对汉朝采取暂时的妥协政策，释放了之前扣押的汉朝使者路充国等人。汉武帝见匈奴示好，也派遣苏武护送扣押在汉朝的匈奴使者返回匈奴，并携带了大量的礼物，希望能够改善双方的关系。
然而，且鞮侯单于在见到汉朝的礼物后，态度变得傲慢起来，对苏武等人也颇为无礼。更糟糕的是，苏武的副使张胜卷入了一场匈奴贵族的未遂政变中，且鞮侯单于以此为借口，将苏武扣押，并流放至北海（今贝加尔湖）牧羊，长达十九年之久。刚有好转的汉匈关系再次跌入谷底。
汉武帝得知苏武被扣押的消息后，龙颜大怒，决心对匈奴发动更大规模的军事打击。天汉二年（前99年）、天汉四年（前97年）和征和三年（前90年），汉武帝先后三次派遣大军出击匈奴，但均以失利告终。在天汉二年的战役中，李陵率领的五千步兵被匈奴主力包围，最终因寡不敌众而投降；征和三年，李广利率领的七万大军也在与匈奴的战斗中兵败投降。
连续的军事失利，不仅使汉朝的国力受到了严重的损耗，也让汉武帝意识到，彻底征服匈奴并非易事。虽然他通过一系列的军事行动解除了匈奴对汉朝腹心地区的直接威胁，将汉朝的疆域拓展到了西域，但最终还是未能实现让
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