李陵身后的队伍军容整肃，五千士卒目光坚定、神情亢奋，眼中没有一丝恐惧和惊慌。毕竟，养兵千日用兵一时，出征作战是他们作为军人应尽的本分，但他们或许从未想过，对他们绝大多数人来说，踏出这一步后，迎接他们的将是惊心动魄的悲壮征途，同时也是他们人生的最后一段征途。
李陵的军队按既定的路线一路前行，绕过居延海，然后向北朝一千多里外的浚稽山行进。起初，路上十分平静，他们先到了皇帝指定的地点东浚稽山。浚稽山旁边是龙勒河，这里有山有水，风景优美，水草丰盛，是养马的好地方，也是匈奴人的聚集地，这也是刘彻把出征的目的地选在此处的原因。可是，李陵带着军队在龙勒河边转悠了几圈，一个匈奴人都没见着，便只好在浚稽山安下营来。
安下营寨后，李陵让手下将他们沿途所经之地的详细地形绘成地图，并安排一个叫陈步乐的兵士骑上快马给皇帝送回去，顺便让他告诉皇帝，自己没找到匈奴的军队，准备撤军了。陈步乐单枪匹马一路狂奔，以最快的速度回到长安，向皇帝禀告军队的情况。
看到李陵年纪虽然不大，却能和士兵们同甘共苦，很得士兵的爱戴，刘彻十分高兴，认为李陵不愧为李广的孙子。他觉得，尽管李陵出征没有什么斩获，但知道把这一大片区域的地形和地貌摸透，也算是功劳一件，便马上让陈步乐担任自己的侍卫。至于李陵，刘彻准备等军队回来后对其加以重用。
皇帝这边暂且不表，单说李陵在浚稽山下安营后，第一天，他早上派出去的斥候晚上才回来，连一个匈奴人都没看见，第二天还是一样，第三天又是一样，五千步兵就这样在浚稽山下逗留了几天，始终连一个匈奴人都没看见。接下来该怎么办？是继续进军还是原路返回，抑或就留在这里守株待兔？在犹豫不定之中，渐渐地，李陵心里开始不安起来：这里实在是太平静了，平静得让人能在空气中嗅到不安的气息。
既然他们已经到了龙勒河，而且出征的时候，皇帝的命令说得很清楚，到了这个地方如果找不到匈奴人，就要掉头，退到受降城休整。最后，李陵决定，明天就掉头回去。说实话，谁都知道，对一支孤军来说，他们已经走得太远了，而且由于他们的队伍以步兵为主，在非急行军的情况下，通常只能日行百里，一旦发生紧急状况，这样的速度真是想跑都跑不掉。
如果李陵有记日记的习惯，这天他也许会在竹简上记下“天汉二年十月，晴，浚稽山下，出征三十日，一路无事，准备返程”云云。
然而，就在这个时候，迟来的相遇终于还是来了，匈奴骑兵出现在浚稽山附近，而且一来就是三万人。
其实，李陵的军队早就被匈奴的侦察兵发现了，可他们不知道这样一支不足万人的军队到底想要做什么，就一面派人向且鞮侯单于报告，一面一路跟随李陵的军队来到了浚稽山下。这时候，且鞮侯单于正因为之前让李广利跑了而浑身不爽，一听说居然还有一支汉军跑到了浚稽山下，仅几千步兵就敢孤军深入草原一千多里地，这不是欺负他匈奴无人吗？单于马上决定亲自率领三万精锐骑兵出发，向浚稽山前进，准备悄悄地包围这支汉军，然后将这三五千人撕碎出气。
然而，出乎且鞮侯单于预料的是，见到匈奴人来了，还是人数数倍于自己的骑兵，汉军士兵完全没有身陷重围的惊恐，他们似乎一点儿也不慌张，反而每个人眼里都充满了狂热，甚至有一种恨不得反过来将他们撕碎的冲动。这其实很好解释，他们本来就是来打仗，来杀人或被杀的，早就做好了以寡敌众的准备，只要匈奴人敢来就行，管你来多少人。
战斗在李陵出征后第三十天正式打响。
匈奴人偷偷从背面摸上浚稽山，本打算居高临下打汉军个措手不及，没想到却被汉军提前发现。面对匈奴大军，李陵并没有像匈奴人预想的那样准备死守，而是命令将士们在两山之间的谷地将武刚车排成环形为营，让前排士兵持盾和长戟，后排操弩，自己亲自率兵出营叫阵。
这下可把且鞮侯单于乐坏了，匈奴骑兵突然出现并包围汉军，不仅占了天时，还居高临下占了地利，三万对五千，以众击寡，又得人和，汉军哪有不败的道理？于是，他想也没想就命令全军出击，直扑汉军军营。
成千上万的骑兵跨着战马同时从山上冲下来是何等震撼的场面，然而，汉军士兵没有一丝惊慌，他们出奇地冷静，静静地等待着将军的号令。待到匈奴骑兵冲到汉军弩箭的射程之内，李陵果断地一挥手，早已瞄准多时的汉军士兵顿时千弩齐发，数百匈奴骑兵应声而倒。
弩兵的结阵射击之法古已有之。通常弩兵们分三排列阵，三排弩兵职责分明，分别是射击、传递、装填。在第一排的是队伍的神射手，他们的工作就是准确射击，一弩放完，将空弩交给身后第二排的士兵，并从第二排士兵那里接过另一支上弦的弩；第二排的士兵则将空弩交给第三排负责填装的士兵，同时从第三排士兵手中接过装填好的弩箭，准备交给第一排的射手。这是一种非常科学的战术配合，确保了第一排的神射手们能把精力放在射击上，避免因装填弩箭消耗过多体力，影响射击精度。弩兵在训练有素的前提下可以做到“弦声不断”，整个过程完全是无缝对接。
明朝鼎鼎大名的科学家宋应星曾在其所著的《天工开物》中记述，弩箭的射速虽然比弓箭慢，但射程普遍比弓箭远五十步，且穿透力更强，是守城的利器。由于弩箭的射程比普通的弓箭要远，待到冲在最前面的匈奴骑兵终于冲到其手中弓箭的射程时，已经稀稀拉拉只剩几个人了，即使远远地放上几箭，也被汉军阵前的盾牌兵轻易挡开。更要命的是，成千上万的骑兵从山上直冲下来，气势是够大，但最前面的骑兵被汉军的弩箭一通射，有的人被射中倒地而死，有的人没被射中，马却被射中，又把骑手掀翻在地。一下子，地上就凭空多出很多障碍物。谁都知道，上山容易下山难，冲下来的士兵只能一往无前，别说是退回去，就是想原地停下来也不可能。结果，前排的骑兵横七竖八地倒了一地，无形中给后边的人增加了难度。匈奴骑兵的马术竞速赛一下子变成障碍赛，而且难度系数爆表，不少骑兵躲闪不及，连人带马被绊倒在地，又被更后面冲下来的骑兵蹋成了肉泥。
由于冲锋之前对汉军弩箭的精准打击缺乏足够的思想准备，一时间，匈奴骑兵大乱，还没冲到汉军阵前，速度已经慢了下来。李陵一看时机到了，立即命令士兵放下弩箭，手持长短兵器，开始对匈奴发起反冲锋，直杀得匈奴人哀号一片，丢下数千尸体，掉头往山上跑。
先是跑了李广利，现在三万人对付几千步兵，又被杀得丢盔卸甲，且鞮侯单于的愤怒已到了无以复加的地步，他马上下令调集左右贤王的军队前来会合，誓要将这一支孤军挫骨扬灰。虽然胜了一仗，李陵回到营中后却更忧虑了。他真切地感受到了步兵对付骑兵时的无力感：一旦对方跑起来，自己的步兵实在是撵不上人家。这时候李陵才知道，当时自己在皇帝面前说的那句以五千步兵直捣单于王庭的豪言，真是一句笑话。
然而，李陵没有时间后悔，也没有时间嘲弄自己，或者为自己的莽撞辩解，他要解决眼下的难题：现在他们是一支深入敌后的孤军，少马，被围，最近的友军都在千里之外，怎么办？原地固守？一天两天没问题，十天八天也可以，但之后呢？最重要的是，现在消息都很难送出去，即便能送出去也来不及了，朝廷里没有人知道他们已经被围，匈奴人就是困也能把他们困死。撤退突围？以军队的移动速度来看，他们根本不可能摆脱匈奴骑兵的追击。
怎么办？
就算自己手下的士兵个个都是强悍勇士，一个能打对手十个，可如果敌人不止十个呢？在匈奴人的地盘上固守，匈奴的援军就会越来越多。思量再三，李陵还是决定与其坐以待毙，不如放手一搏。于是，汉军虽然打胜了一仗，却开始撤退。匈奴人刚败下阵来，又开始了新一轮的攻击。
李陵指挥军队边打边撤，遇到地形有利的地方或匈奴人追近时，就停下来和匈奴人干一仗，等把匈奴人赶远了，就继续往南跑。匈奴人一路狂追，眼看就要追上了，在汉军弩箭的招呼下又赶紧掉头狂奔，远远跑开，等缓过一口气来再掉头追赶汉军。由于左右贤王的援军不断地赶来，这时候匈奴单于的军队已经由开始时的三万人增加到了八万人，但这八万人一连往南追赶了好几天，也没能把李陵的五千人吃掉。
匈奴人郁闷，李陵同样也不好过。将士们向南跑了几天后，疲惫已经是不可避免的问题，而且这时候李陵已不敢按原计划往受降城去了，因为那里没有驻兵，到那里同样只能靠他们自己。与在浚稽山相比，去那里无非是换个大点儿的坟墓而已。他现在唯一能做的就是带着队伍尽量往南撤，往最近的边塞靠近，说不定那里还有朝廷的其他军队可以支援自己。