路博德领兵在中途迎候李陵的部队。

路博德以前担任过伏波将军，也羞于做李陵的后备，便上奏：“现在刚进秋季正值匈奴马肥之时，不可与之开战，臣希望留李陵等到春天，与他各率酒泉、张掖五千骑兵分别攻打东西浚稽山（今蒙古杭爱山脉东南段，一说为今图音河下游的“古尔班博格多山”，在戈壁阿尔泰山以北、杭爱山以南），必将获胜。”

汉武帝刘彻见奏大怒，怀疑是李陵后悔不想出兵，所以才指使路博德上书的，于是传诏给路博德说：“我想给李陵马匹，他却说什么“要以少击众”，现在匈奴侵入西河，速带你部赶往西河，去钩营阻挡敌军。”

汉武帝又传诏给李陵说：“应在九月发兵，应从遮虏障（今内蒙古额济纳旗东南，一说即居延塞）出塞，到东浚稽山南面龙勒水一带，徘徊以观敌情，如无所见，则沿着浞野侯（赵破奴）走过的路线抵受降城休整，将情况用快马回朝报告。你与路博德说了些什么？一并上书说清楚。”

天汉二年（前99年）九月，在汉武帝的催促下，李陵率领五千步兵从居延出发，向北行进三十天，于十月到浚稽山扎营。他将所经过的山川地形绘制成图，派手下骑兵陈步乐回朝禀报。陈步乐被召见，陈说李陵带兵有方，能“得（将）士死力”，汉武帝刘彻感到非常高兴，于是任陈步乐为郎官。

就在此时，李陵在浚稽山遭遇到了且鞮侯单于率领的主力，被匈奴三万多骑兵包围。李陵军驻扎在东西两浚稽山之间（有研究者认为其扎营处当在 “浚稽山”以北、杭爱山以南），以辎重车作为营垒，李陵领兵冲出营垒摆开队伍，前排持戟和盾，后排用弓和弩，下令道：“听到鼓声就进攻，听到鸣金就收兵。”匈奴见汉军人少，径直扑向汉军营垒。李陵挥师搏击，千弩齐发，匈奴兵应弦而倒。匈奴军败退上山，汉军追击，杀匈奴兵数千。且鞮侯单于大惊，召集左贤王、右贤王部八万多骑兵一起围攻李陵。李陵向南且战且走，几天后被困在一个山谷中。连日苦战，很多士卒都中箭受伤，三处受伤者便用车载，二处受伤者驾车，一创者坚持战斗。

李陵说：“我军士气稍稍削减，又难以振奋，是何原因？莫非是军中有女人么？”原来，军队出发时，有些被流放到边塞的“关东群盗”的妻子随军做了士兵们的妻子，大多被藏匿在车中。李陵把她们搜出来，全部杀死。第二天，汉军再战，果然斩得匈奴首级三千余级。汉军向东南方突围，沿着旧龙城道撤退，行进四五日，到达大泽芦苇之中。匈奴军在上风向纵火，