在戰場上，霍去病憑着血氣骁勇，率領八百精騎，在茫茫大漠裡奔馳數百裡，突襲匈奴後方，斬殺匈奴兩千餘人。殺死單于祖父一輩的籍若侯産，活捉單于叔父羅姑比。漢武帝封他為“冠軍侯”，贊歎他的勇冠三軍。
河西因位于黃河以西，故稱河西，又稱河西走廊。河南、漠南戰役後，匈奴在大漠以南的廣大地區僅剩左賢王及河西匈奴軍隊。
元狩二年（公元前 121）的春天，霍去病被任命為骠騎将軍，率領精兵一萬從隴西（今甘肅省臨洮縣）出發，出征匈奴。這就是河西大戰。
19 歲的統帥霍去病，實施了千裡無後方，閃電長途奔襲，打了一場漂亮的大迂回戰。
霍去病六天中轉戰五國，長驅直入。他集中優勢兵力在連連攻破河西的五個部落後，避開渾邪、休屠二王的正面防禦工事，悄悄沿焉支山（今甘肅山丹縣東南）東急馳一千多裡至臯蘭山（今甘肅蘭州市南），與盧侯、折蘭二王鏖戰于臯蘭山下。
霍去病在臯蘭山與以逸待勞的盧侯、折蘭二王主力接戰，這是一場真正的正面攻堅戰，是雙方實力的較量、生與死的拼殺。此戰霍去病毫無取巧之機，相反以少打多、以疲打逸，戰鬥打得異常殘酷。此戰霍去病慘勝，一萬精兵僅剩三千餘人。而匈奴更是損失慘重——盧侯王和折蘭王都戰死，渾邪王子及相國、都尉被俘虜，斬敵八千九百六十，匈奴休屠祭天金人也成了漢軍的戰利品。在這一場硬碰硬的對戰之後，年少的霍去病展現了一代戰神的風采。
同年夏天，漢武帝決定乘勝追擊，展開收複河西之戰。此戰，霍去病成為漢軍的統帥。
這次出塞的四位将軍是，骠騎将軍霍去病與合騎侯公孫敖都從北地出兵，分道進軍；博望侯張骞、郎中令李廣都從右北平出兵，分道進軍。從漢武帝的意圖來看，這次東北的作戰是一次戰略牽制，是為了西北的出擊，目的是全力打擊匈奴在西北的右賢王集團，以達到通西域的戰略目的。
這次戰役，公孫敖等大漠的“老馬”在大漠中迷了路，沒有起到應有的助攻作用。老将李廣所部則被匈奴左賢王包圍。霍去病遂再次孤軍深入。
在祁連山，霍去病所部斬敵三萬餘人，俘虜匈奴王爺五人以及匈奴大小瘀氏、匈奴王子五十九人、相國将軍當戶都尉共計六十三人。
經此一役，匈奴不得不退到焉支山北，漢王朝收複了河西平原。秦漢以來一直侵擾邊境，強悍的匈奴悲痛的唱道：“亡我祁連山，使我六畜不蕃息；失我燕支山，使我婦女無顔色。”
從此，漢軍軍威大振，而十九歲的霍去病更成了令匈奴人聞風喪膽的戰神。
經過這場戰役，霍去病指揮能力大增，并逐漸成長為優秀的軍事統帥。這時的霍去病對統兵已變得駕輕就熟，判斷、分析、決斷，調兵遣将、排兵布陣，出擊時機的拿捏等已臻成熟。更重要的是霍去病的部下有趙破奴、高不識、仆多三人封侯；随霍去病到達小月氏的校尉們也都被封為左庶長的爵位。這樣，霍去病在軍中的班底開始形成。
真正展現霍去病機智膽略的是“河西受降”。
兩場河西大戰後，由于渾邪王屢次被漢軍打敗，損失幾萬人，匈奴的單于大怒，想召來渾邪王，把他殺死。估計是消息不機密，是以被渾邪王知道了，于是渾邪王和休屠王等想投降漢朝。
漢武帝不知匈奴二王投降的真假，遂派霍去病前往黃河邊受降。
這是中國曆史上第一次面對外虜的受降，霍去病一生征戰，處處行險，但險中之最險的恐怕要算這一次，心理戰尤勝于真正的交戰，霍去病控制大局的能力和臨危不懼的膽色千載之後仍令人歎服。
霍去病領兵一萬，渡過黃河與渾邪衆相望。當霍去病率部度過黃河的時候，匈奴降部中發生了嘩變。當時匈奴人一片混亂、情況不明，霍去病完全可以任由匈奴人自行内亂，不必自己冒險到一堆炸了窩的匈奴人中去犯險，因為被匈奴亂兵殺死或俘虜的機率很大。
面對這樣的情形，霍去病隻帶着數名親兵沖進了匈奴營中，直面渾邪王，下令他誅殺嘩變士卒。霍去病的氣勢不但鎮住了渾邪王，同時也鎮住了四萬多名匈奴人，不傷己方一人卻殺死嘩變的八千匈奴人，再降伏了餘下 4 萬人。一場一觸即發的兵亂終于消于無形。
河西受降的順利結束，是今天的我們隻能用敬仰的心努力想象的。那個局勢迷離危機四伏的時候，那位剛滿 20 歲的青年是怎樣站在敵人的營帳裡，僅僅用一個表情一個手勢就将帳外四萬兵卒、八千亂兵制服的。
河西受降後，漢王朝的版圖上，從此多了武威、張掖、酒泉、敦煌四郡。河西走廊正式并入漢王朝。從此漢朝擺脫了兩線作戰的形勢，可以專一對付東北的匈奴左賢王部和單于本部。
有一個故事，霍去病河西立下大功，漢武帝特派使臣載了美酒到前線去慰問他。霍去病對使臣說：“謝謝皇上的獎賞。但重創匈奴不是我一人的功勞，功勞歸于全體将士。”于是，指令将禦賜美酒擡出犒勞部下。但酒少人多，怎麼辦？霍去病吩咐手下，将兩壇美酒倒入營帳所在的山泉中，整個山谷頓時酒香彌漫，全體将士紛紛暢飲摻酒的山泉，歡聲雷動，這就是“酒泉”的來曆。
漠北之戰，封狼居胥
元狩四年（公元前 119），為了徹底消滅匈奴主力，漢武帝發起了規模空前的“漠北大戰”。漢朝調集了 10 萬騎兵，随軍戰馬 14 萬匹，步兵辎重幾十萬人，由衛青和霍去病各領 5 萬騎兵，分東西兩路向漠北進軍。
在戰前策劃中，原本安排了霍去病打單于，結果由于情報錯誤，這個對局變成了衛青對單于，霍去病碰上了左賢王部。
這場大戰完全可以算是霍去病的巅峰之作。霍去病率軍出代郡和右北平，充分發揮騎兵的機動作戰能力，穿越大漠，北進轉戰 2000 餘裡，越過離侯山，渡過弓闾河，轉而攻擊匈奴左賢王軍事集團，與匈奴左賢王的強大騎兵集團在此展開了驚心動魄的殊死決戰。霍去病一路追殺，經過激戰，漢軍大獲全勝，斬敵 7 萬餘人，俘獲匈奴屯頭王、韓王等，将軍、相國、當戶、都尉等 83 人，左賢王戰敗逃走。自己損失 15,000 人，此戰，徹底打垮了左賢王集團，是繼消滅右賢王集團和同期衛青打垮單于集團的又一決定性的勝利。
霍去病率軍乘勝追至狼居胥山（今蒙古肯特山），在這裡，霍去病暫作停頓，率大軍進行了祭祀天地的典禮——祭天封禮于狼居胥山舉行，祭地禅禮于姑衍山舉行。這是一個儀式，也是一種決心。
封狼居胥之後，霍去病繼續率軍深入追擊匈奴，一直打到翰海（今俄羅斯貝爾加湖），方才回兵。從長安出發，一直奔襲至貝爾加湖，在一個幾乎完全陌生、荒無人煙、很難找到敵人蹤迹的情況下取得這樣的大勝，也成就了兵家史上的奇迹。
經此一役，匈奴的三大戰略集團都被打垮，沒有能力再和漢朝進行大規模的作戰，“匈奴遠遁，漠南無王庭”。解除了西漢初年以來匈奴對漢王朝的威脅。
霍去病和他的“封狼居胥”，從此成為中國曆代兵家人生的最高追求，終生奮鬥的夢想。而這一年的霍去病，年僅二十二歲。
在完成了"漠北大戰"的功勳之後，霍去病也登上了他人生的頂峰――大将軍大司馬。
漢武帝為了獎勵他，特意命人為他建造了一座府第。但霍去病婉言拒絕了。他對武帝言道：“匈奴未滅，無以家為也！”短短九個字，不僅武帝大受感動，就是在兩千年後的今天，仍能令人振奮不已。
元狩六年（公元前 117），24 歲的大将軍霍去病英年早逝，一代戰神走完了他輝煌的一生。
漢武帝對霍去病之死非常悲傷。他調來鐵甲軍，列成陣沿長安一直排到茂陵霍去病墓地。并将霍去病的墳墓修成祁連山的模樣，彰顯他力克匈奴的奇功。墓前的“馬踏匈奴”的石像，象征着他為國家立下的不朽功勳。
他一生四次領兵出擊匈奴，滅敵十一萬，降敵四萬，開疆拓土，可謂是彪炳千秋的傳奇。
某種意義上，霍去病可以說是閃電戰的創造者，匈奴人對其敬畏之極，稱其為"蒼狼"，他們在被驅趕出華夏大地之時，也将霍去病的名字傳播到歐洲。中國有衆多的優秀軍事家，然而在英國人編寫的《世界著名軍事家》裡邊，僅有兩人入選，霍去病便是其中之一。