李陵率領他的五千步兵從居延出發，向北行進三十天，到浚稽山扎營。之后深入匈奴的腹地，遇到了匈奴的主力三萬兵馬，李陵不虧是名將后代，帶領士兵沖殺多次，殺匈奴兵幾千人，這讓匈奴單于大驚失色，于是匯合左賢王、右賢王部八萬多騎兵一起圍攻李陵。李陵向南且戰且走，幾天后被困在一個山谷中。這下是絕對優勢了，不是任何的計策謀略可以彌補的了，雖然李陵英勇不屈，殺了很多匈奴士兵，但是也沒有幸免被慢慢消耗的結局，最后窮途末路之下，約定與部下分別突圍，突圍出去的是士兵只有400多人，而李陵被抓投降。

回去匯報的士兵訴說了李陵多么的英勇，漢武帝以為李陵兵敗被殺，所以還厚待李陵的妻子母親，但是后來聽說李陵投降匈奴。漢武帝大怒，但是他也不想想，這是誰造成的。鑒于李陵投降了匈奴，同僚也落井下石，文武百官都罵李陵，漢武帝以李陵之事問太史令司馬遷，司馬遷則說：“李陵服侍母親孝順，對士卒講信義，常奮不顧身以赴國家危難。他長期以來養成了國士之風。今天他一次戰敗，那些為保全身家性命的臣下便攻其一點而不計其余，實在令人痛心！況且李陵提兵不滿五千，深入匈奴腹地，搏殺數萬之師，敵人被打死打傷無數而自救不暇，又召集能射箭的百姓來一起圍攻。

他轉戰千里，矢盡道窮，戰士們赤手空拳，頂著敵人的箭雨仍殊死搏斗奮勇殺敵，得到部下以死效命，就是古代名將也不過如此。他雖身陷重圍而戰敗，但他殺死殺傷敵人的戰績也足以傳揚天下。他之所以不死，是想立功贖罪以報效朝廷。”

漢武帝聽了更加憤怒，因為由于李陵與匈奴主力戰斗，導致率大軍出征的李廣利卻少有戰功。漢武帝認為司馬遷是想詆毀貳師將軍為李陵說情，于是把他下獄施以腐刑。可憐的司馬遷就因為說了幾句公道話而成為了太監，真是可悲。這全都是多疑的漢武帝所賜啊。

本來李陵有機會回國的，但是由于漢武帝聽信了大臣們的謊話，說李陵為匈奴練兵，于是殺了李陵的妻子兄弟還有母親，斷絕了李陵回歸之路，后來武帝駕崩，昭帝即位，曾多次請李陵回國，都被李陵拒絕。身在匈奴的李陵很受匈奴重視，李陵也穿起了匈奴的衣服，留起了匈奴的發式，李陵在匈奴跟蘇武的關系很好，李陵曾勸降過蘇武，但是被蘇武嚴詞拒絕，有感于蘇武的守節，李陵都沒臉去見蘇武，在蘇武回國的時候，李陵去送別蘇武，表明了自己的心跡，雖心向祖國，但是回國之路已經斷絕，祝福蘇武好運。

李陵在匈奴二十多年，元平元年（前74年）病死。縱觀李陵的一生，可以說是個悲劇，本來有成為名將的實力，但是在多疑的漢武帝 和大臣的聯合絞殺下，成為了投降匈奴的“叛徒”。