汉匈两军在昏暗中继续混战，双方杀伤相当。当汉军知道单于已经逃跑，随即派遣轻骑在夜里追击，卫青率大军跟随其后。天亮后，已经追击了200余里，仍然不见单于踪影。汉军一路追杀抵达了赵信城(今蒙古国杭爱山南麓)，获得匈奴在此囤积的粮食，大军逗留一天撤军，并将剩余的粮食全部焚毁。卫青所部一共俘获、斩首达19万人。卫青回到大漠以南后，才遇到了迷路的前将军李广、右将军赵食其。为了向皇帝汇报情况，卫青命令长史(掌管有关官署日常事务的官员)按法律所列的罪状逐条审问李广，李广以自己“年六十余矣，终不能复对刀笔之吏”而自杀，赵食其则下狱论死赎为庶人。
并非汉武帝、卫青有意想迫害李广，相反，汉武帝对李广还是非常信任、赏识和宽大的，他刚即位就提拔李广任未央宫的卫尉，保卫皇宫，不可谓不信任;李广曾因兵败判处死罪，赎为庶人，曾饮酒后夜行到霸陵亭(今陕西省西安市东郊)，霸陵尉喝醉了，呵斥李广。李广在马上说：“我是前李将军。”霸陵尉回道：“现任将军都不能夜行，不要说前将军了!”命令李广睡在亭下，等天明再走。不久匈奴入侵，汉武帝重新起用李广为右北平太守，李广要求霸陵尉一起去参军，而到军前就斩杀了他，然后再上书谢罪。汉武帝宽恕了李广，给他回复：“将军者，国之爪牙也，应该用自己的名声震慑四夷，用自己的威风来恐吓邻国。我希望将军为国除去祸害，并放弃残暴屠杀的行为。我难道希望看到你现在这样免冠光脚，屈膝下拜，以额触地向我请罪吗?”《汉书》卷65《李广苏建传》。
