（汉武帝天汉二年）初，李广有孙陵，为侍中，善骑射，爱人下士。帝以为有广之风，拜骑都尉，使将丹阳、楚人五千人，教射酒泉、张掖以备胡。及贰师击匈奴，上诏陵，欲使为贰师将辎重，陵叩头自请曰：“臣所将屯边者，皆荆楚勇士奇材剑客也，力扼虎，射命中，愿得自当一队，到兰干山南以分单于兵，毋令专向贰师军。”上曰：“将恶相属邪！吾发军多，无骑予女。”陵对：“无所事骑，臣愿以少击众，步兵五千人涉单于庭。”上壮而许之。因诏路博德将兵半道迎陵军。博德亦羞为陵后距，奏言：“方秋，匈奴马肥，未可与战，愿留陵至春俱出。”上怒，疑陵悔不欲出而教博德上书，乃诏博德引兵击匈奴于西河。诏陵以九月发，出遮虏障，至东浚稽山南龙勒水上，徘徊观虏，即亡所见，还，抵受降城休士。陵于是将其步卒五千人，出居延，北行三十日，至浚稽山止营，举图所过山川地形，使麾下骑陈步乐还以闻。步乐召见，道陵将率得士死力，上甚悦，拜步乐为郎。

汉武帝天汉二年（公元前99年）起初，李广的孙子李陵担任侍中，善于骑马射箭，关爱士卒，礼贤下士。汉武帝觉得李陵颇有其祖父李广的风范，便升任他为骑都尉，让他带领丹阳和楚地的五千人，在酒泉、张掖一带教习射箭之术，以防备匈奴的进犯。等到李广利进击匈奴的时候，汉武帝召见李陵，打算让他为李广押送辎重。李陵随即叩头请求道：“我所带领的屯戍边塞的人，都是荆楚一带的威武之士和奇才剑客，力气大得足够生擒猛虎，箭术高超得堪称百发百中，但愿陛下能够让我独自率领一队人马，前去兰干山以南的地方，以便分散匈奴单于的兵力，不要让他用全力对抗贰师将军的部队。”汉武帝说道：“看来你是不愿从属于别人呀！可是我这次发军太多，以致没有多余的马匹分给你呀。”李陵说：“我不需要马匹，我只求能以少胜多，率领五千步兵直捣匈奴单于的王庭。”汉武帝为李陵的勇气所折服，随即答应了他的请求，并下诏命令路博德在半道上接应李陵。路博德却羞于为李陵做增援部队，便上奏汉武帝说：“现在正是秋季，匈奴兵肥马壮，不可轻易与他们作战，希望陛下能令李陵稍作等候，等到明年春天再一起出征。”汉武帝非常生气，怀疑是李陵因为胆怯后悔，不想出征，才暗中教唆路博德上书，于是便下诏命令路博德率兵前往西河袭击匈奴，同时下令李陵于九月份从居延遮虏障出发，深入到东浚稽山以南的龙勒水边巡回侦查匈奴的动静，如果不见匈奴的踪影，就退回到受降城休养士卒。于是，李陵率领五千名步兵，从居延向北进发，行走三十天后抵达浚稽山，在那里停下安营扎寨，沿途令人将所经过的地方的山川地形绘制成图，随后派部下骑兵陈步乐把成图送回长安。汉武帝召见陈步乐，听他报告说李陵有使部下拼死效力的本领，于是龙颜大悦，让陈步乐担任郎官。

陵至浚稽山，与单于相值，骑可三万围陵军，军居两山间，以大车为营。陵引士出营外为陈，前行持戟、盾，后行持弓、弩。虏见汉军少，直前就营。陵搏战攻之，千弩俱发，应弦而倒。虏还走上山，汉军追击杀数千人。单于大惊，召左、右地兵八万余骑攻陵。陵且战且引南行，数日，抵山谷中，连战，士卒中矢伤，三创者载辇，两创者将车，一创者持兵战，复斩首三千余级。引兵东南，循故龙城道行四五日，抵大泽葭苇中，虏从上风纵火，陵亦令军中纵火以自救。南行至山下，单于在南山上，使其子将骑击陵。陵军步斗树木间，复杀数千人，因发连弩射单于，单于下走。是日捕得虏，言：“单于曰：‘此汉精兵，击之不能下，日夜引吾南近塞，得无有伏兵乎？’诸当户君长皆言：‘单于自将数万骑击汉数千人不能灭，后无以复使边臣，令汉益轻匈奴。复力战山谷间，尚四五十里，得平地，不能破，乃还。’”

李陵到浚稽山后，与单于统领的匈奴军队狭路相逢，大约三万人的匈奴骑兵队伍将李陵所部团团围住。李陵所部驻扎在两山之间，用大车首尾相接围成营寨，并亲自率领士卒在营外摆开阵势，前排的士兵都手持戟、盾，后排的则手持弓、弩。匈奴军队看见汉军人少，就直逼汉军营前阵地。李陵率军迎击，展开激烈的搏斗，当时只见汉军万箭齐发，匈奴兵纷纷应弦而倒，不得不退回到山上，汉军一路追杀，杀死匈奴士兵数千人。单于大为吃惊，立刻令左、右两翼军八万余骑兵前来反攻李陵。李陵率所部边战边向南撤退，过了几天后，来到了一个山谷之中。汉军连番作战，士卒多数身中箭伤，但仍然顽强坚持苦战，有三处受伤的就坐在车上，两处受伤的就驾车，有一处受伤的则手持武器继续战斗，就这样又斩杀匈奴三千多人。李陵率领手下向东南方退去，沿着龙城旧道走了四五天后，来到了一大片沼泽芦苇丛中。匈奴于是在上风处放火，企图烧死李陵一行；李陵也命令部下纵火烧光了周围的芦苇以自救。汉军继续向南行军，来到了南山脚下。单于便在南山上命令他的儿子率领骑兵进击李陵所部。汉军在树林之中徒步与匈奴对抗，又杀掉了匈奴数千人，并且还用连弩机射杀单于，单于慌忙下山躲避。当天，汉军抓获了一部分匈奴俘虏，从他们口中得知：“我们听单于说：‘这支队伍是汉朝的精兵，强力进攻也没能将他们消灭，他们日夜引诱我们向南接近汉塞，难道那里有埋伏的军队吗？’各位当户、君长也都说：‘单于亲自率领数万骑兵进击只有数千汉军的队伍，却仍然不能将他们消灭，往后将无法再对群臣发号施令，这样一来将会使汉朝更加轻视匈奴。所以要再在山谷中奋力拼杀，离平原地区还有四五十里的路程，如果这次仍然不能够取胜，那么匈奴就得被迫返回。’”

是时陵军益急，匈奴骑多，战一日数十合，复伤杀虏二千余人。虏不利，欲去，会陵军候管敢为校尉所辱，亡降匈奴，具言：“陵军无后救，射矢且尽，独将军麾下及校尉成安侯韩延年各八百人为前行，以黄与白为帜。当使精骑射之，即破矣。”单于得敢大喜，使骑并攻汉军，疾呼曰：“李陵、韩延年趣降！”遂遮道急攻陵。陵居谷中，虏在山上，四面射，矢如雨下。汉军南行，未至鞮汗山，一日五十万矢皆尽，即弃车去。士尚三千余人，徒斩车辐而持之，军吏持尺刀，抵山，入狭谷，单于遮其后，乘隅下垒石，士卒多死，不得行。昏后，陵便衣独步出营，止左右：“毋随，丈夫一取单于耳！”良久，陵还，太息曰：“兵败，死矣！”于是尽斩旌旗，及珍宝埋地中，陵叹曰：“复得数十矢，足以脱矣。今无兵复战，天明，坐受缚矣，各鸟兽散，犹有得脱归报天子者。”令军士人持二升水，一片冰，期至遮障者相待。夜半时，击鼓起士，鼓不鸣。陵与韩延年俱上马，壮士从者十余人，虏骑数千追之，韩延年战死。陵曰：“无面目报陛下！”遂降。军人分散，脱至塞者四百余人。

这时汉军的处境越发显得危险。匈奴骑兵甚众，一天要交战数十个回合，汉军士兵带伤又斩杀匈奴两千多人。匈奴眼看形势对其大为不利，便准备引兵离去。可是就在这时候，李陵手下有一个名叫管敢的军候，因为受到了校尉的侮辱，所以就逃到匈奴军中投降，道出了汉军的实情：“李陵所部并无后援，而且箭矢也快用完了，唯独将军部下和校尉成安侯韩延年所部各八百人在前面开路，约以黄旗和白旗作为标志。应当派出精锐骑兵用强弩射杀他们，这样可以立即击破汉军。”单于得到管敢，大喜过望，立刻下令匈奴骑兵一齐向汉军发起猛攻，同时还令人大声呼喊：“李陵、韩延年快快前来投降吧！”接着又派兵阻断汉军的退路，向李陵发起猛攻。李陵所部被困在山谷中，匈奴军都在山上，从四面八方射箭，一时间箭如雨下。李陵引兵继续向南撤退，尚未抵达鞮汗山，一天中已经把五十万支箭全部用尽，于是不得不放弃辎重车辆，继续前行。这时手下的士兵还有三千余人，不得已砍下车的辐条拿在手中充当武器，文官也手持利刃加入到战斗行列。汉军抵达山前退入到狭谷之中，单于亲自率兵切断了汉军的退路，并指挥匈奴士卒从山上滚下巨石砸入谷中，汉军被砸死的很多，不能继续前进。等到黄昏过后，李陵身穿便衣独自一人走出大营，制止左右随从说道：“不要跟着我，我要单独擒获单于！”过了很久，李陵回到大营中，不住叹息道：“我们已经兵败，马上就要死在此地了！”随即将所有的旌旗全都砍倒，与珍宝一起埋到了地下，李陵慨叹道：“如果再给我几十支箭，我们就足以逃脱了。如今我们已没有武器抵抗，等到天亮之后，我们就只能束手就擒了，现在不如各自逃命吧，这样兴许还能有人得以逃脱回去向天子报信。”于是下令将士们每人带干粮二升，一片冰，相约到遮虏障会合。半夜时分，李陵令人击鼓叫醒将士们，但无奈战鼓已破，敲不响。李陵只得与韩延年都跨上战马，由十几名壮士相随。匈奴数千名骑兵一路追击，韩延年不幸战死。李陵说道：“我已没有脸面报答陛下了！”于是向匈奴投降。其他人则分散突围，逃回到边塞的汉军有四百多人。

陵败处去塞百余里，边塞以闻。上欲陵死战；后闻陵降，上怒甚，责问陈步乐，步乐自杀。群臣皆罪陵，上以问太史令司马迁，迁盛言：“陵事亲孝，与士信，常奋不顾身以殉国家之急，其素所畜积也，有国士之风。今举事一不幸，全躯保妻子之臣随而媒蘖其短，诚可痛也！且陵提步卒不满五千，深蹂戎马之地，抑数万之师，虏救死扶伤不暇，悉举引弓之民共攻围之，转斗千里，矢尽道穷，士张空弮，冒白刃，北首争死敌，得人之死力，虽古名将不过也。身虽陷败，然其所摧败亦足暴于天下。彼之不死，宜欲得当以报汉也。”上以迁为诬罔，欲沮贰师，为陵游说，下迁腐刑。

久之，上悔陵无救，曰：“陵当发出塞，乃诏强弩都尉令迎军；坐预诏之，得令老将生奸诈。”乃遣使劳赐陵余军得脱者。

时上遣敖深入匈奴迎李陵，敖军无功还，因曰：“捕得生口，言李陵教单于为兵以备汉军，故臣无所得。”上于是族陵家。既而闻之，乃汉将降匈奴者李绪，非陵也。陵使人刺杀绪。大阏氏欲杀陵，单于匿之北方。大阏氏死，乃还。单于以女妻陵，立为右校王，与卫律皆贵用事。卫律常在单于左右；陵居外，有大事乃入议。

霍光、上官桀与李陵素善，遣陵故人陇西任立政等三人俱至匈奴招之。陵曰：“归易耳，丈夫不能再辱！”遂死于匈奴。

李陵兵败的地方距离汉朝边塞只有一百多里，边塞将领随即将此事报告给了朝廷。汉武帝本希望李陵能与匈奴决一死战，后来听说李陵投降匈奴，勃然大怒，斥责陈步乐，陈步乐惶恐之中自杀了。满朝文武都认为李陵有罪，汉武帝便请教太史令司马迁对此事的看法，司马迁竭力为李陵辩解道：“李陵侍奉父母孝顺，对待士人守信用，常常奋不顾身，奔赴最危险的地方以救国家之急，这正是他平素的志愿之所在，很有国士风范。现在出征偶然遭遇不幸，那些只知道保全自身性命和妻子儿女的臣子们就跟着捏造他的不是，真是令人痛心呢！何况李陵亲自率领不到五千人的步兵，深入到遍地战马的匈奴腹地，抵御数万敌军；匈奴被打得甚至都顾不上救死扶伤，索性将所有能拉弓射箭的人全都调来围攻李陵。李陵率兵辗转千里，用尽了所有的箭矢，最终无路可走，将士们不得不手持没有箭的空弩机，冒着敌人锋利的刺刀，面向北方拼力杀敌，能够得到部下如此拼死效力，即使是放在古代的名将身上，恐怕也不过如此！李陵虽然败绩，但是他对匈奴的打击却是空前的，足以让他扬名天下。李陵之所以没有死节，肯定是打算寻找机会继续报效国家。”汉武帝听后认为司马迁是在诬陷欺罔，目的是替李陵游说洗脱罪名，于是就下令对司马迁施以残忍的宫刑。

过了很久，汉武帝才对自己当初让李陵陷入孤立无援的境地的决定感到十分后悔，他说道：“我本应该在李陵率军出征时，再安排强弩将军路博德前去接应；而我却预先就颁布了诏书，结果使老将路博德心生奸诈，不肯前去接应李陵。”于是便派使臣对侥幸逃脱回来的李陵余部进行慰劳犒赏。

当时汉武帝派公孙敖率军深入到匈奴的腹地去迎接李陵，结果公孙敖无功而返，因此上奏诬陷李陵道：“据抓获的匈奴俘虏称，李陵在匈奴教单于制造兵器，用以抵御汉军，所以我一无所获。”汉武帝于是下令将李陵的家人全部诛灭。后来才听说，这是投降匈奴的汉朝将领李绪的所作所为，跟李陵无关。李陵随即派人刺杀了李绪。匈奴单于的母亲大阏氏为此要杀李陵，单于慌忙将他藏到了北方，等到大阏氏死后，李陵才又被迎回了王庭。单于后来将自己的女儿嫁给了李陵，还封他为右校王，与卫律受到同等的尊重，并手握权力。卫律经常在单于的左右效劳，而李陵则常年居于外地，有大事的时候才会到王庭协商。