显然汉武帝对卫青所部此次的表现并不满意，对卫青本人没有加封，部下更无一人封侯。与之形成鲜明对比，霍去病及其所部却大获封赏：加封五千八百户食邑给霍去病本人，部下共有五人封侯，其中就包括了李广的儿子李敢。他因作战勇敢，夺得左贤王旗鼓，斩首多，被封为关内侯，并担任郎中令，负责保卫皇帝人身安全的重任。此时李广已自杀，这又一次说明汉武帝对李广父子非常信任，他的心中并无任何芥蒂，否则绝无任何可能在李广死后，他还会任命李敢负责保卫他的人身安全。这些事实均证明了汉武帝不仅从没有贬抑、排挤过李广，更不用说迫害、陷害了。
虽然霍去病没有遇到单于的主力，但是他的战功却远远超过了卫青。他从代国、右北平北上二千余里，轻装横绝大漠，取食于敌，俘虏匈奴的屯头王、韩王等三人，将军、相国、当户、都尉83人，封狼居胥山(今蒙古国肯特山，在山上祭天)、禅姑衍山(今蒙古肯特山之北，在山上祭地)，一直到达了翰海(大沙漠，在今蒙古国境内；一说今俄罗斯境内的贝加尔湖)，斩首7万余级，这是自汉朝建立以来对匈奴取得的空前辉煌的胜利。
这场胜利的代价也是非常高昂的，出塞时两路汉军共有马14万匹，入塞时只剩下了三万匹，霍去病所部也损失了十分之三的人员。汉武帝特地设立了大司马的官职，大将军卫青、骠骑将军霍去病均担任大司马，相当于以前的太尉，并规定骠骑将军的等级、待遇均与大将军相同。从此之后大将军卫青越来越谦退，骠骑将军霍去病越来越显贵，卫青的门客大多去投靠了霍去病寻求官爵，只有司马迁的好友任安不肯这样做。
至此，从元光五年到元狩四年的11年间，汉朝几次发兵主动征讨匈奴，共俘虏、斩首约二十四万人，其中霍去病的战绩就占了近一半；元狩四年的两路北伐，俘虏、斩首匈奴九万余人，匈奴遭受了重大损失，从此匈奴向北方远遁，而不敢在沙漠以南设立单于的王庭(匈奴的统治中心)。此后，汉军越过黄河从朔方郡向西至令居(今甘肃省永登县)构筑防线，开凿灌溉水渠屯田，戍守士兵达五六万人，并向北蚕食了一些匈奴土地。然而因为马匹数量少，同时汉军又在向南征伐闽越、南越，向东征伐朝鲜，向西征伐羌、西南夷，因此很久不再大规模征伐匈奴了，汉与匈奴之间的关系暂时进入了一个相对和缓的时期。
似乎就是为了征伐匈奴而生，在封狼居胥到达人生顶点后仅两年，年仅23岁的大司马、骠骑将军霍去病去世，其短暂的一生犹如一颗灿烂夺目的流星。汉武帝深感哀痛，将他安葬在自己的陵墓茂陵(位于今陕西西安市西北40公里的兴平市境内)旁边，霍去病的墓形状为祁连山，以彰显他的军功；动员了霍去病招降的原匈奴浑邪王、休屠王所部，让他们穿戴铁甲，从长安一直排列至茂陵为他送葬。
霍去病是汉武帝一生中最钟爱的臣子，他为人沉默慎言、任性使气、敢作敢为。汉武帝曾想亲自教他孙子、吴起兵法，但他却认为作战要灵活变化，没必要学这些古代的兵法；汉武帝曾经为他置办住宅，命令他去看看如何，他回答的是一句至今仍让人热血沸腾的话：“匈奴未灭，无以家为也。”汉武帝却因此越发宠爱他。然而由于霍去病少年得志，他年仅17岁就贵为侍中，因此不体察下情。他率军出征，汉武帝派专人给他送去数十车的酒肉，等到班师还没有吃完，但同时士兵们却饿着肚子。在塞外时，士兵因缺粮而士气不振，可他命令士兵为他修建球场踢球，类似的事他还做过不少。郎中令李敢因怨恨大将军卫青逼死父亲李广，曾为此打伤了卫青，卫青隐匿不报。不多久，李敢随从汉武帝去甘泉宫打猎，听闻此事的霍去病就射杀了贵为郎中令的李敢，汉武帝竟然宣称李敢是被鹿角撞死的，而包庇了霍去病的胆大妄为。
在日常生活中，霍去病这样的人就是一个典型的贵公子，年轻气盛，为人极度以自我为中心，恃才傲物，甚至品行不端，但他却是一个不世出的军事天才。这样的人只有在一个壮怀激烈的大时代中才有其用武之地，也只有一个像汉武帝一样雄才大略的帝王才能赏识他、包容他。从本性上讲，霍去病与汉武帝是同一类人，为人处事非常相似。或许比霍去病大16岁的汉武帝正是从他身上发现了自己年轻时的影子，因此才对他毫无顾忌地极度宠爱，破格重用。中国历史上只有一个汉武帝，只有他才能发现并敢于放手任用一个年轻的军事天才，所以，中国历史上也只有一个霍去病，率领几万精骑横绝大漠，封狼居胥。
