刚开始，单于听说汉朝军队到了，想逃走，但怀疑康居怨恨自己，会作为漠军的内应，又听说乌孙各国都派了军队，自以为没有地方可去了。郅支单于出来后又重新回去，说：“还不如坚守城池。汉军远道而来，不能进攻得很久。”单于就披上镗甲站在楼上，各位辟氏夫人有几十人都用弓箭射杀城外的人。城外的人射中了单于的鼻子，几十个夫人也多被射死。单于下楼骑上马，转战到单于的内室。夜晚过了一半，木城被穿透了，裹面的人退入土城，登上城楼呼喊。当时康居的军队有一万多骑兵分为十多处，四面围绕着城墙，也互相应声相和。夜晚，几次奔袭汉军营地，没有成功，就退回去了。等到天亮，城四面放起了火，官兵高兴起来，大声呼喊追逐敌人，鸣釭敲鼓震动大地。康居兵退走了。汉军就从四面推着大的盾牌，一同进入土城中。单于男女一百多人跑进他的内室。汉兵就放火，官兵争着进入内室，单于受伤而死。军候假丞杜勋砍下了单于的头，得到了汉朝使者的两个符节以及谷吉等所带的帛书。所有抢得的东西都给予本人。一共斩杀丁关氏、太子、名王以下一千五百一十八人，俘虏了一百四十五人，收降了一千多人，把他们都分给了有城市的各国所派出的十五个王。众王莫不欢呼雀跃。
此正是：
陈汤万里戍边关，纵横沙场等闲看。
千里突袭斩首处，封喉一剑震天山。
一战成功，陈汤、甘延寿于是上书朝廷奏捷道：“臣闻天下之大义当混为一，昔有唐虞，今有强汉。唯郅支单于叛逆，未服其辜。以为强汉不能臣也。惨毒行于民，大恶通於天。臣臣延寿,臣汤,将义兵,行天诛,赖陛下神灵,阴阳并应,天气精明,陷陈克敌,斩郅支首及名王以下，以示万里，明犯强汉者，虽远必诛！”
然而由于陈汤伪造皇帝诏令，侵犯皇帝人身、权力及尊严，罪莫大焉。“汉家之法有矫制”，“擅矫诏命，虽有功劳不加赏也”，未知汉元帝如何处置，请听下回分解。