深入匈奴地区二千余里，与公孙敖部失去联络，未能会师。但霍去病率领部队跨越居延海，经过小月氏，抵达祁连山，生擒单桓、酋　涂二王，丞相、都尉率众二千五百人投降，斩杀三万零二百人，俘获小王七十余人。汉武帝增加霍去病食邑五千户，封其部下有功将领鹰击司马赵破奴为从票侯，校尉高不识为宜冠侯，校尉仆多为渠侯。合骑侯公孙敖　因中途逗留，未能与霍去病会合，本应处斩，赎身后成为平民。

当时，汉军中老资格的将领们统帅的将士、马匹、 兵器都不如霍去病，霍去病所用通常都经过挑选，但他也确敢深入敌军，经常与精壮骑兵走在大部队的前面；老天也似乎对他的部队特别照顾，从来没有陷入困绝之境。可是，老将们却经常因迟留落后而不能建功。困此，霍去病的地位越来越亲信尊贵，和大将军卫青差不多了。

匈奴军队侵入代和雁门等地，屠杀掳掠了好几百人。

江都王刘建与其父易王刘非宠爱的淖姬等人及妹妹徵臣通奸。有一次，刘建在雷陂游玩，刮起了大风，刘建命两名郎官乘小船到湖中，小船被风吹翻，二人落入水中，抓着船，在风狼中忽沉忽现。刘建看着大笑，下令不准援救，致使二人全被淹死。刘建专做荒淫暴虐之事，共有三十五人无辜遭他杀害。他知道自己罪多，怕被诛杀，便与他的妻子成光让越族婢女请神下降，对汉武帝进行诅咒。又听到了淮南、衡山二王的阴谋，便也制造兵器，刻皇帝印玺，准备谋反。事情败露后，主管官员奏请汉武帝将其逮捕处决；刘建自杀，他的妻子成光等都被当众斩首，江都王国被取消。

胶东王刘寄去世。

秋季，匈奴浑邪王投降汉朝。当时，匈奴浑邪王、休屠王住在西部地区，被汉军擒杀了好几万人，单于十分生气，想将他们召到王庭处死。浑邪王与休屠王感到害怕，计划投降汉朝，先派人在边境拦截经过当地的汉人，让他们向武帝报告。此时，大行李息正在黄河边筑城，见到浑邪王使者后，派传车急速去报告朝廷。汉武帝听到这一消息，担心他们是用诈降手段偷袭边塞，便命霍去病率兵前往迎接。休屠王对降汉之事后悔，浑邪王将他杀死，吞并其属下部众。霍去病渡过黄河之后，与浑邪王所部遥遥相望。浑邪王部下将领见到汉军后，很多人不愿投降，纷纷逃走。霍去病便纵马驰入浑邪王大营，与他相见，将其部下企图逃跑的八千人斩杀，又派遣浑邪王一人乘传车到江武帝所居之处。同时命其部下人众全部渡过黄河，投降的共四万余人，号称十万。浑邪王到长安后，汉武帝赏赐数十万，封浑邪王为漯阴侯，食邑一万户，其部下小王呼毒尼等四人全都被封为列侯。又增加霍去病食邑一千七百户。

浑邪王归降时，汉朝征调车辆二万乘前往迎接，可是因朝廷无钱， 只得向民间赊购马匹。有的老百姓将马匹藏匿起来，结果马不够用。汉武帝大怒，要斩杀长安县令，右内史汲黯言道：“长安令没有罪，只有将我杀了，老百姓才肯交出马匹。再说，浑邪王背叛他的主上投降我朝，我朝只须从容地按着县的顺序传送，何至于让天下不安，使中国贫困，来奉承异族呢！”汉武帝默不作声，及至浑邪王等来到长安，当地商人因与他们做买卖而犯死罪的达五百多人。汲黯请求汉武帝空闲时在未央宫高门殿接见他，奏道：“匈奴攻击我沿边道路上的要塞，断　绝和亲，我朝兴兵征讨，死伤不可胜数，费用高达数百万。我原以为陛下得到　匈奴人，一定会将他们全部作为奴婢，赏给牺牲于战场的将士之家，所缴获的财物，也一并赏赐，用以酬谢天下的痛苦，满足百姓的心。如今纵然不能做到，也不能因浑邪王率数万人前来归降，就用尽国库财富来赏赐他们，征调百姓服侍、奉养他们，好像供奉骄横的儿子一般，那些无知的百姓怎么知道在长安城中做买卖，竟会被法官以犯有使财物非法出边关的罪名受到惩处呢！陛下既不能用匈奴的财物答谢天下，又凭法律中一项不重要的条文杀死无知小民五百余人，正是所谓‘为保护树叶而伤害树枝’了。我觉得陛下这样做是不对的。”汉武帝沉默不语，没有应许。后来说道：“我很久没听到汲黯的声音了，如今又在这里胡说八道！”

不久之后，汉武帝将归降的浑邪王部属分别迁徙到沿边五郡的旧要塞之外，全部在黄河以南，保持他们原有的风俗习惯，设立五个“属国”从此，金城河西岸，傍南山直到盐泽一带，便没有匈奴人了，偶尔有匈奴探马到来，但已稀娚佟

休屠王太子日和他的母亲阏氏、弟弟伦都被罚为官府奴隶， 派到属于少府管辖的黄门养马。过了很久，汉武帝在一次游乐饮宴中检阅马匹，他的身边排满了后宫的美女，日等数十人牵马从殿下通过，没有人不偷偷窥视。而到日通过时，却唯独不敢。日身高八尺二寸，容貌十分庄严，所养的马匹又肥壮，汉武帝感到惊奇，召他上前询问，日便将自己的身世一一奏告。汉武帝对他另眼相看，当日便让他洗澡、赐给衣帽，任命为马监后升为侍中、驸马都尉，一直作到光禄大夫。日受到皇帝宠爱，从未有过过失，汉武帝对他十分信任，赏赐累计达黄金千斤，出门时让他陪乘车上，回宫后在左右随侍。很多皇亲国戚都私下抱怨说：“皇上不知从哪儿找来个‘胡儿’，竟然当成宝贝。”汉武帝听到后，愈发厚待日。因为休屠王曾制造金人用来祭祀天神，所以汉武帝赐日姓金。

三年（辛酉，公元前年120）

春季，东方出现异星。

夏季，五有大赦天下。

当淮南王刘安密谋反叛时，胶东王刘寄听到一点风声，也曾在暗中作战争准备。及至司法官员处置刘安谋叛事件，有些人的口供道出刘寄的活动。刘寄的母亲王夫人就是皇太后的妹妹，与汉武关系最亲。事发后，刘寄自怨自艾，得病而死，不敢指定继承人。汉武帝听说后很可怜他，立他的大儿子刘贤为胶东王，又封刘寄生前最宠爱的小儿子刘庆为六安王，将原来衡山王辖地划归六安王所有。