单于遣使询问汉军此行的目的，汉军告诉他，单于曾向汉朝上书愿意归附并入朝拜见汉朝皇帝，
皇帝怜悯单于离开大国故地屈居在康居国，便让都护将军来迎接单于，害怕惊扰单于，便没有让进军到单于城下。
这样往返数次传达情况，甘延寿和陈汤责怪使者，我们远道来迎接单于，
但至今没有人来拜见将军商议正事，单于怎么能忽略大事丢掉了宾主的礼仪呢，
如今我们粮草将用尽无法返回，请单于与大臣商议出一个办法。
第二天，大军直达单于城下，在距城三里处安营布阵观察情况。
只见城头彩旗飘扬，数百名披甲士兵登高戒备，还有百余名骑兵在城下驰骋，
百余名步兵在城门两侧结鱼鳞阵，城上之人还挑逗汉军来战，有百余名骑兵冲向汉军营地，
被汉军以弓弩逼退，随后又以弓弩射向城门口的骑步兵，他们退入城中。
甘延寿与陈汤命令部队听到进军的鼓声就冲到城下将城包围，各部队严守自己的位置。
然后穿过堑壕，堵住城门，卤盾兵在前，戟弩兵在后，用弓箭仰射城上守军，守军不敌撤下城去。
匈奴土城外还有一重用木头修建的城池工事，射手躲在里面向外射击，给汉军的进攻部队造成较大伤亡，被汉军用火焚毁。
夜间，城内有几百骑兵向外冲杀，被汉军迎面射杀。
最初，郅支单于听到汉军来时，想要逃跑，但担心康居人对他怀恨在心，
可能会做汉军内应，又得知乌孙等国也派兵参战，便觉无路可走。
已逃走的郅支单于又返回城内，认为不如据城坚守，汉军远来必不可久攻，
他披甲亲自守在城上，他的数十个阏氏夫人也持弓箭参战。
“后郅支单于鼻子中箭，妻妾也伤亡惨重，于是他跑下城楼，骑马逃回内室。””
“半夜时，木城被攻破，汉军趁机冲上土城头大声高呼。”
“当时万余名康居骑兵分十余处，在城外包围汉军攻城部队，并与城内守军相呼应。”
“康居军队还称夜向攻城部队发起多起攻击，但均被击退。”
“次日清晨，城内四面起火，汉军将士大喜，乘势追击敌军，战鼓声惊天动地。”
“待康居军退走之后，汉军用大盾掩护攻城，突入土城之中。”
“单于和妻妾随从百余人逃入内室，汉军纵火焚烧，争向冲入内室，单于受伤而死。”
“军侯假丞杜勋斩下单于的首级，救出了两名被郅支单于扣押的汉朝使节，缴获了遇害使节谷吉所带的文书信件。”
“此战共斩杀阏氏、太子和名王以下一千五百一十八人，活捉一百四十五人，投降的千余人分给了参战的西域诸国国王。”
“战后甘延寿、陈汤上疏，郅支单于已经被斩杀，应将其首级高悬示众。””
“竟宁元年，因陈汤素来贪婪，常侵吞战利品，于是司隶校尉在大路上拦住陈汤检查。”
“陈汤便上疏称，他斩杀了郅支单于朝廷应派使者犒劳三军，现在却让司隶校尉来检查我，这是为郅支单于报仇的举动。”
“皇帝只好撤回检查，并命沿途各县准备酒食犒劳大军。””
“回到京城论功行赏时，石显、匡衡等官员认为，甘延寿、陈汤的举动是矫制行事，”
“若再授予他们爵位和封地，以后便会有人为了立功效仿他们，这样会给国家多生祸端。”
“因为此事讨论了许久也没有做出决定。后前宗正刘向上奏书道，郅支单于扣押、杀害使者的事情，严重损害了汉朝的威信。”
“现甘延寿、陈汤斩杀了他，扫除了谷吉被杀带给汉朝的耻辱。”
“且他们没有调用国内的军队，没有消耗国内的资财，比之前贰师将军李广利功劳要大得多，现在有大功不赏，反而在小恶上斤斤计较，是不明智的举动。”
“于是汉元帝赦免他们矫制之罪，封甘延寿为义成侯，陈汤为关内侯，”
“每人赐给食邑三百户、黄金一百斤，接着又任命甘延寿为长水校尉，陈汤为射声校尉。”
“汉成帝刘骜即位之初，丞相匡衡又上奏陈汤擅自出兵、贪污战利品的罪过，陈汤因此被免官。”
“后陈汤上告，康居国送来作人质的王子不是真王子，但汉成帝经过核实后，确实是真王子。”
“陈汤以诬告罪甚至是欺君之罪，被捕入狱，准备处以死刑。”
“此时太中大夫谷永太上奏书为陈汤求情，称汉元帝以来，征战外国的将领都没有立下如陈汤这般大的功绩。”
“汉成帝看过后，便赦免了陈汤的罪过，但削去了他的爵位，贬为一名普通士兵。”
“建始四年，西域都护段会宗被乌孙军队围困，驿骑传来他求救的文书，请求征发西域诸国的