元狩四年(公元前119年)，为了彻底消灭匈奴主力，汉武帝发起了规模空前的“漠北大战”。这时的霍去病，已经毫无争议地成为了汉军的王牌。汉武帝对霍去病的能力无比信任，由卫青和霍去病各领5万骑兵，分东西两路向漠北进军。为了解决粮草供应问题，汉武帝又动员了4万多私人马匹，步兵10余万负责运输粮草辎重。
关于这个漠北之战自古以来评说纷纭，原因是这里面发生的故事颇多。稍知道历史的人都知道，本来是以霍军决战单于的，却出了情报错误，致使精心安排的对局变成了阴错阳差，卫青对上了单于，霍去病却只好拿相对较弱的左贤王部出气。然而这场大战完全可以说是霍去病的巅峰之作。
霍去病率军出代郡和右北平，充分发挥骑兵的机动作战能力，穿越大漠，北进转战2000余里，越过离侯山，渡过弓闾河，转而攻击匈奴左贤王战略集团，与匈奴左贤王的强大骑兵集团在此展开了惊心动魄的殊死决战。“独孤求败”的霍去病一路追杀，经过激战，汉军大获全胜，斩敌7万余人，俘获匈奴屯头王、韩王等，将军、相国、当户、都尉等83人，左贤王战败逃走。
此战，彻底打垮了左贤王战略集团，是继消灭右贤王战略集团和同期卫青打垮单于战略集团的又一决定性的胜利。汉军乘胜追至狼居胥山(今蒙古肯特山)，就在这里，霍去病暂作停顿，率大军进行了祭天地的典礼——祭天封礼于狼居胥山举行，祭地禅礼于姑衍山举行。这是一个仪式，也是一种决心。
封狼居胥之后，霍去病继续率军深入追击匈奴，一直打到翰海(今俄罗斯贝加尔湖)，方才回兵。从长安出发，一直奔袭至贝加尔湖，在一个几乎完全陌生的环境里沿路大胜，这是怎样的成就！经此一役，匈奴的三大战略集团都被打垮，没有能力再和汉朝进行大规模的作战，漠南从此无匈奴王廷。解除了西汉初年以来匈奴对汉王朝的威胁。
这次战役过后，汉武帝又划定5800户增封骠骑将军。和霍去病一起出兵的将领都得到了封赏，右北平太守路博德隶属于骠骑将军，与骠骑将军在与城会师，没有错过日期，跟随骠骑将军到达梼余山，俘虏和斩杀匈奴2700人，划定1600户封路博德为符离侯。北地都尉邢山随骠骑将军捕获匈奴小王，划定1200户封邢山为义阳侯。从骠侯赵破奴、昌武侯赵安稽都跟随骠骑将军打匈奴有功，各增封300户。校尉李敢夺取了敌军的军旗战鼓，封为关内侯，赐食邑200户。校尉徐自为被授予大庶长的爵位。另外骠骑将军霍去病属下的小吏士卒当官和受赏的人很多。
此时，霍去病在军中的势力大长，已经和他的舅舅并驾齐驱了，大将军和骠骑将军都当了大司马。而且定下法令，骠骑将军的官阶和俸禄同大将军相等。
此战，霍去病可谓战功彪炳，登峰造极，惟一的遗憾是由于情报有误，错失单于而抱憾终生。曾经看过不少关于两强相遇的假设，也有人提出若真的遇上单于大军，霍军是否一定取胜。这种怀疑是多余的，以当时霍军装备之精良、战斗力之强大，霍去病对战争那种与生俱来的敏锐和得心应手，以及其在军中无与伦比的权威和掌控能力，霍军取胜当不成问题。
当然了，霍去病没碰上单于，用现在的词语来形容心里也郁闷得很，一路追杀左贤王到天边也是一种发泄和驱策吧。这次漠北战役虽然是霍去病生命中的顶峰，但也是少年将军的最后绝唱，一代战神的传奇在这里画上一个句号。霍去病和他的“封狼居胥”，从此成为中国历代兵家人生的最高追求，终生奋斗的梦想。而这一年的霍去病年仅22岁。
