公元89年，在东汉与匈奴的战争中，汉车骑将军窦宪及副将耿秉于稽落山击败北匈奴主力，汉军乘胜追击，直至私渠比赛海。窦宪、耿秉出塞3000多里，登上燕然山，命中护军班固刻石作铭，记颂汉朝的丰功和威德。然后班师凯旋。
在东汉早期，匈奴一度比较猖獗。洛阳方面为了修养声息，暂时对外采取了收缩和忍让策略。但在历经了休养生息和接纳南匈奴的外部势力后，逐渐积聚起反击实力。公元72年召开的御前会议上，窦固等人回顾了汉武帝时代的抗击匈奴经历，建议汉军大举先出击。这就有了后来的稽落山之战，以及北匈奴势力的彻底破落。
在东部，由于乌桓和鲜卑已经崛起，北匈奴的统治中心已经整体出现了西迁。所以汉军的初步打击目标，被设定为西域东部的伊吾和白山。其中的伊吾由群山环绕，还有伊吾河流经。雪山融水能灌溉五谷和葡萄，还有北部的柳中作为屏障。因为向东越过沙漠就是汉朝的河西，所以是西域的门户。西汉时，汉朝就和匈奴爆发了“五争车师”的激烈战斗。所以汉朝以窦固为奉车将军、耿秉为副将，在公元73年2月动员边境郡县的郡国部队、南匈奴、卢水胡和来自乌桓鲜卑的44000骑兵，兵分四路出击。
窦固指挥酒泉、敦煌、张掖三郡甲卒和卢水胡的12000骑，从酒泉塞出发奔赴天山。祭彤和南匈奴左贤王，带着11000来自山河东、北地等羌胡和匈奴兵，向着北匈奴位于涿邪山一带的温禺犊王部落进发。耿秉等人带领武威、陇西、天水的招募兵和羌胡兵10000人出居延塞，向涿野山以西的句林王部落进攻。最后，骑都尉和护乌桓校尉带领乌桓鲜卑士兵和渔阳、上谷、代郡。雁门等郡国的士卒，出击涿邪山东北地区的区域。
但匈奴已经采取了主动退让，所以除了窦固之外，各路汉军的战绩都比较有限。窦固的部下这如约进入天山地区，袭击了呼衍王部落，斩首千余级。借着匈奴人不善于坚守城池的劣势，占据了伊吾城。这其中就有班超立下的战功，并恢复了乌孙中断已久的联盟关系。乌孙一直在汉匈之间左右逢源，到了家门口的汉军正好可以强迫他们坚定摇摆的立场。这也为汉军进入西域，在南疆活动打下了基础。随后，为了切断西域对于匈奴人的经济来源，班超被派往西域的塔里木盆地执行当时的远交近攻战略。这就是“三十六骑平西域”的开端。
次年11月，窦固和耿秉出敦煌昆仑塞，再次再白山一带击败北匈奴，进而进逼把守天山南北通道的车师地区。汉军一举击败车师前国和车师后国。随后的金蒲屯田和柳中屯田，也封锁了北匈奴南下西域的通道。与此同时，班超初步降服了南疆的鄯善、于阗和疏勒，在西域争取到了几个较大的盟国。虽然在窦固撤军之后，卷土重来的北匈奴又占据了天山以北地区，但是盆地在班超的经营下被阻挡。
公元77年三月，东汉因鞭长莫及和运输困难，撤销了伊吾庐屯兵。北匈奴复遣兵南下，这实际上是东汉再次放弃了西域。这也给北匈奴一个发展实力的机会，好在后者因为权力斗争和自然灾害的打击而愈加衰败。公元83年6月，北匈奴贵族稽留斯等率30000人至五原降汉。公元85年春，又有北匈奴大人车利涿兵等逃亡入塞，投降者73批。北匈奴内部经过多次叛逃，实力已大大削弱。在这样的背景下，单于甚至主动提出再次和亲。
出于招抚外族的目的，汉和帝同意了这一请求。于是北单于派出且渠伊莫訾王来与汉朝贸易。而南单于此时已经有了不小的野心，希望统一南北两部。于是为了防止北匈奴实力恢复，于是多次出手袭击北匈奴使团和商队，并且深入涿邪山搜寻北匈奴部众，掳掠牲畜和人口。为了制衡南匈奴，度辽将军一面按照汉军的首虏率给南匈奴记功，一面加倍偿还北匈奴的损失。结果这反而加强了南匈奴北上的积极性。对于当时的北匈奴来说，南有匈奴同胞攻其前，北丁零人攻其后，东有鲜卑人攻其左，西有城邦国家攻其右。公元87年9月，北匈奴再次大乱，屈兰储等58部20万人至云中、五原、朔方、北地等郡降汉。北匈奴的实力更加削弱。此时南匈奴单于也上言：建议趁着北匈奴的内乱，希望南匈奴能够北上讨伐北匈奴，让两部合并为一国。
南匈奴单于上言的目的，是想借东汉的实力以统一匈奴，野心昭然若揭。朝中多数大臣都持反对意见，但窦太后却认为此举可行。在此之前，都乡侯刘畅风流倜傥，与窦太后发生了暧昧关系。结果，睚眦必报的窦宪因担心会分享权力，于是买凶刺杀，因此被投入监狱。为了盖过外戚世家的丑闻，也为了让兄长将功赎罪，窦宪就成为了北征大军的统帅。这个细节也暗示了东汉的政治特色，外戚在朝廷中的影响力强大。
公元89年6月，窦宪和耿秉等人离开洛阳北上，接管边疆驻军与北匈奴展开最后的决战。这是一场势力不对等的战斗，汉朝方面调动了所有能够集结起来的精锐力量，而北匈奴则是强弩之末。汉军选择在夏季的6月开始动员，到7-8月出战。这个日期选择也与西汉时代的传统有别。这是由于此时的北匈奴实力已大不如前，所以趁着敌军战马比较健壮的时候出战，就不是那么令人畏惧了。
此外，这次汉军中有大量的南匈奴士卒，他们刚刚进行了祭拜祖宗天地的龙城大会，各个部落的首领和兵马都齐聚一堂。有利于就地征调军力。汉军选择在这个时间点出战，也是为了趁机将已经长期迁徙的北匈奴都一网打尽。这些人中，最先动员起来的就是南匈奴部落军。他们在5月的龙城大会后，就开始在黄河沿线聚集。
在整个东汉中期，西北和北方边境上存在着20个左右的匈奴等外族属国。在中原的材官和骑士制度萎缩之后，这些属国武装成为了汉朝军事力量的重要组成部分。由于东汉朝廷的豢养，南匈奴成为了东汉朝廷边郡的耳目和前哨部队。这些人在夏季时迁往纬度或者还把较高的牧场游牧，在秋季时进行会猎等传统军事演习，在脆弱的冬季则会接受汉庭提供的兵马保护和钱谷支援。上层人士逐步开始读汉书、用汉姓，在文化上逐步区别于北方同胞。
进入8-9月，汉地的农事活动已经大致完成。汉朝开始调动驻扎在西河、云中、五原、朔方、上郡的边郡骑士。他们是东汉军队的中的精锐部队，体现了东汉朝廷对于此战的重视。也是因为东汉的普通防卫部队，素质比过去低下很多。在东汉建立后，出于休养生息和加强中央权力的需要，汉光武帝刘秀废除了一年一度的更戍制度。所以边疆有着战事，就要中央军四处出击，或者是临时征调边境民众和外族部队。征调主力这源自剑客游侠、商贾子弟、减刑囚犯和市井无赖。当时的贤良士人和农夫子弟，很少以从军为荣。这也是班超为投笔从戎时，受到同僚耻笑的原因。这样的临时军队，要么缺乏军事素质，要么不愿意拼死卖命，战斗力不宜高估。
第三类军队比较精锐，是度辽将军的度辽营和北军五校。度辽营属于中央在地方的常驻屯兵，主要职责是防止南北匈奴的勾结和北匈奴对南部的袭扰。他们武器和军饷有中央保证，所以战斗力较强。由于防区与南匈奴的驻扎地大体重合，所以对匈奴人比较熟悉。北军五校属于戍卫京城的戍卫部队，其中的长水校尉主要负责指挥乌桓和鲜卑骑兵，而越骑校尉指挥迁居河内与关中地区的越人骑兵。所以这些最精锐的部队要么是久在边境、渐染胡俗，要么本身就有数目不小的外族部队。
第四部分兵力，是两翼汉军军中的义从兵。窦宪的西路义从兵，主要是湟水谷地的羌族和小月氏。东路军中的义从兵，主要是乌桓人和鲜卑人。根据南匈奴单于的提议，9月份正是北匈奴大会清点人马和牧群，准备过冬的时间。南匈奴各个部落也集中在边防线上，很容易征发集结。匈奴人并不是无规律地在草原上游荡，而是在夏牧场和冬牧场之间有规律地转场。所以根据对匈奴习俗的了解和北匈奴叛逃者提供的情报，当时的北匈奴单于应当聚集在涿邪山南北。比较容易被观察和发现。
类似西汉时的漠北大战，汉军深知将所有人集中在一路出击，势必会造成所过之地后勤补给的巨大压力。而且一路军队，难以对敌人形成合围之势。所以全军兵分三路，在默认有一路会迷路或者延迟的情况下，至少得有一路兵马能投入预设的战斗。主帅窦宪、副帅耿秉和南匈奴左谷蠡王，从朔方郡狼山上的鸡鹿塞出发。这一路兵马位置最靠西。
南匈奴单于屯屠位于三路人马的中路，是从满夷谷关口出发的。在东路，度辽将军邓鸿及缘边义从羌胡八千骑从，五原郡稒阳县出发。由外戚将军和中央军走左右两路，将匈奴兵马夹在中间。说明汉军的原始计划是让南匈奴与北匈奴正面捉对厮杀，而汉军精锐从两翼包抄对手。前进过程中，汉军按照前军-左军-中军-右军-后军的次序前进。组成一个个严谨有序的方阵，队形有条不紊。一旦变成战斗阵型，就是骑兵集结于左右两翼，中路安排步兵。一旦敌军骑兵过多，便依托车营构建临时的防御阵地。
一路上，汉军的食物主要是粟米、谷物制品和酱菜。为数不多的野外动物已经被匈奴人提前猎取。至于牛羊肉要优先供给军官，只有在正式开战之前，才给精锐部队鼓舞士气和增强体力。由于一路上经历过了大量的盐漠地带，能饮用的仅仅是十分苦涩的咸水。巨大的昼夜温差，也是士兵需要忍耐的。三路汉军中，最右边的邓鸿要通过翁金河谷去穿越大漠，所以比其他两路略晚到达集结地点。在穿越大漠的过程中，汉军还惊动了匈奴斥候，所以匈奴人将战场转移到了涿邪山东侧的稽落山。
面对北匈奴的后退，窦宪的军队昼夜兼程，通过追着祖籍，最先奔赴战场。这种快速先行，不仅为了戴罪立功，更要避免南匈奴单于何屠屯与北单于产生联系。于是，在其他部队没有赶到的情况下，窦宪派出胡汉精锐骑兵万余人，与北单于在稽落山开战。
单于的营帐和大军分布在山地平缓而开扩的南坡上，前方有简单的木质防御工事。由于是刚刚迁徙到此地，匈奴人还没有来得及建立起更加复杂的工事，营地比较仓促混乱。精锐部落和仆从部队乱作一团，不利于有序的防御。营地中的精壮男子和老弱妇孺又夹杂在一起，不利于在短期内大量集结部队。
汉军万骑分成3个长方形的进攻方阵，以两翼执行强力包抄的任务，向着匆匆列阵的北匈奴发起冲击。在两汉之交的混战中，骑兵已越来越具备了冲击敌阵职能。比如来自幽州的突骑，就为各方势力所青睐。他们装备了增高鞍桥，能手持长戟或者骑矛，正面冲击敌阵。随着东汉的稳固，原本由燕人组成的幽州骑兵或者成为禁军，或者分布于漫长的边疆之上。很多鲜卑人和乌桓，也成为了突骑的另一重要来源。在他们的冲杀下，北匈奴单于和剩存部众溃败奔逃。
战后，汉军乘胜追击逃窜的各部匈奴。在涿邪山北侧的邦察干湖，汉军斩杀名王以下13000级，俘获牲畜百万头，算是基本消灭了北匈奴的有生力量。但是从之前的力量对比来看，这已经是一场实力完全不对等的战斗。相比西汉北伐，此时的匈奴已经非常衰败。除此之外，汉军还摧毁了一路上犁庭扫穴，扫荡了之前老上单于的龙庭和冒顿单于时代的基地。这里不仅是匈奴的政治重心，也是漠北自然环境比较良好的地区。汉军在这里的焚烧破坏有扫尘灭迹，犁庭扫穴的用意。
最后，汉军对北匈奴在鄂尔浑河流域的主要据点和中心区域进行扫荡式碾压。窦宪才顺着翁金河谷南归，由邓鸿和南匈奴单于屯屠何出发的五原郡回到塞内。途中，大军经过漠北地区最后一个停留地点–燕然山。面对山上的岩石，无比膨胀的窦宪开始封天禅地。他指令班固撰写一篇铭文，凿刻于山崖。昭示功绩，使之垂耀万世！
窦宪由于立此大功，由车骑将军提升为大将军，位在三公上，权势更重。他派人继续招降北匈奴的余众，并在西海追上了单于。虽然北单于承诺会效仿呼韩邪单于的例子南下归顺，但是他仅仅派出弟弟右温禺諟王南下做为侍弟。窦宪看到北匈奴实力更弱，而且对于北单于不亲自朝见感到不满，就决定出兵消灭北匈奴，于是开始谋划更进一步的打击。
公元90年5月，汉军精骑2000出西域，突袭伊吾城得手。次年2月，左校尉耿夔、司马任尚率军出居延塞，在抵达涿邪山之后兵分两路夹击单于。北单于逃走，前往乌孙国去避风头。窦宪此次远征，彻底解决了北匈奴对汉和西域的侵扰。东汉出于夷制夷的战略考量，让北匈奴的部下右谷蠡王自立为单于。他们选择西迁，逃到了蒲类海附近，与游牧在西域的匈奴呼衍王部落会合。
后来，在于除鞬被汉将任尚杀掉之后，长期躲藏的北匈奴单于，或者是他的继承人才来到蒲类海边，与呼衍王见面。这支残余势力又前后活跃了35年，给西域造成一定的威胁。负责西域的班勇奋力抵抗，让北匈奴从此难以生出巨大的波澜。但这些古人或许不会想到，数千年后的众多网民，居然对北单于和他后代的态度要好于对汉军许多。哪怕考古学和人类学研究结果层出不穷，也无法阻止他们将北单于的后人，同几百年后肆虐欧洲的匈人划等号。
