信率领几万兵马欲过太行山井陉口进攻赵国。赵王与成安君陈余陈兵二十万在井陉口抗击汉军。陈余不听李左车坚守并断汉军粮道的正确建议，韩信得知后大胆进军，半夜选二千轻骑兵，人持一面红旗，从小路来到山坡上伪装隐蔽起来，窥视赵军，并且告诫将士：赵军见我军出击，一定倾巢而出，你们就乘机迅速冲入赵军营地，拔掉赵国旗帜，插上汉军红旗。军士照办，汉军两面夹击，大破赵军，在泜水斩杀成安君陈余，活捉了赵王歇。
韩信引兵东进击齐，未到平原渡口，得知郦食其已说齐归汉。韩信想停止，辩士蒯通劝韩信说：“郦生不过是个说客，凭三寸之舌就降服齐国七十多个城邑，将军统帅几万人马，一年多时间才攻占赵五十多个城邑，一个将军反倒不如一个儒生的功劳吗？”韩信听从蒯通说法，率兵渡河击齐。齐王田广惊恐，认为是郦食其出卖了自己，便把他煮死了。
刘邦派使者去赦免田横的罪过，召他前来。田横推辞说：“我曾煮杀了陛下的使臣郦食其，现在听说他的弟弟郦商是汉的将领，我很害怕，不敢奉诏前往，只请求做个平民百姓，留守在海岛中。”使者回报，刘邦便诏令卫尉郦商说：“齐王田横即将到来，有敢动他的随从人马的人，即诛灭家族！”随即再派使者拿着符节把刘邦诏令郦商的情况对田横一一讲明，并说道：“田横若能前来，高可以封王，低也是个侯哇。如果不来，便要发兵加以诛除了。”
田横便和他的两个宾客乘坐驿站的传车去到洛阳。离洛阳还有三十里，到达了乡驿站。田横向使者道歉说：“为人臣子的人觐见天子时，应当沐浴。”随即住下来，对他的宾客说：“我起初与刘邦一道面朝南称王，而今刘邦做了天子，我却是作为败亡的臣虏，面北称臣伺候他，这耻辱本来已非常大了。何况我还煮死了人家的兄长，又同被煮人的弟弟并肩侍奉他们的君主呢。即便这位弟弟畏惧天子的诏令不敢动我，我难道内心就不感到惭愧吗！”于是就用刀割自己的脖子，并让宾客捧着他的头颅，随同使者疾驰洛阳奏报。
公元前202年12月，刘邦、韩信、刘贾、彭越、英布等各路汉军约40万人与10万楚军于垓下展开决战，韩信担任实际上的总指挥。汉军和诸侯的军队将项羽的军营重重包围了起来。项羽在晚上听到汉军四面都唱起楚歌，就大惊道：“汉军已经全部得到楚国的土地了吗？是什么原因楚人这么多呀！”便连夜起身，在帐中饮酒，慷慨悲歌，泪下数行，侍从人员见状也都纷纷哭泣，全不忍心抬头观看。
项羽就想东渡乌江，乌江亭长把船停泊在岸边等着他，并对项羽说：“江东虽然狭小，土地方圆千里，民众几十万人，却也足够用以称王的了。望大王您火速渡江！现在只有我有船，汉军到来，无船渡江。”项羽笑着说：“上天要灭亡我，我还要渡江做什么呀！况且我与江东子弟八千人渡江西征，而今没有一个人归还，纵使江东父老怜爱我，仍然以我为王，我又有什么脸面去见他们啊！”于是就把自己所骑的骏马骓送给了亭长，命令他的骑兵都下马步行，手持短兵器与汉军交战。
项羽回头看见了汉军骑司马吕马童，就说：“你不是我的老朋友吗？”吕马童背过脸，指给中郎骑王翳说：“这就是项王！”项羽便说道：“我听说刘邦悬赏千金买我的头颅，分给万户的封地，我就留给你一些恩德吧！”随即自刎而死。王翳随即取下项羽的头颅。其余的骑兵便相互践踏着争抢项羽的躯体，互为残杀的有几十个人。到了最后，杨喜、吕马童和郎中吕胜、杨武各夺得项羽的一部分肢体，刘邦将五人都封为列侯。
西汉时期的军事领导体制、征兵制度和国防体系，基本上沿袭秦朝。军队结构，仍为骑、步、车、水四兵种。但武帝后期骑兵已上升为军中主兵，步兵为主、车骑为辅的时代已转变为骑兵决定胜负的骑战时代。骑兵主要装备弓弩、铁矛、铁戟、铁剑和铁环首刀等兵器。车兵渐被淘汰，战车逐渐成为运输工具及作为抗骑兵冲击的移动营垒。步兵则加强了弩兵的建设和使用。弩机有了机匣，命中率及穿透力大为提高。水军战船的发展也非常迅速。
西汉的国防，采用积极防御和主动进攻战略，强调军事攻势与政治攻势两手并用。创造了大骑兵集团远程奔袭及大纵深的进攻。以骑兵为主力兵团执行战略任务。为保障大骑兵集团进行大纵深作战，还创造了以数十万步兵掩护辎重纵列在骑兵集团后逐次跟进的后勤供应方法，解决了作战补给，并使骑兵得到支援和在步兵掩护下进行休整，以恢复战斗力。与战略相适应，战术运用上强调发挥骑兵的快速性和冲击力，实施机动作战。迂回、包围、突破、奇袭、诱击、伏击等，均为常用战术。
公元前196年刘邦派陆贾通使南粤，立赵佗为南粤王，负责和辑南粤，与长沙王国接壤。吕后秉政时，因官吏建议，禁止中原铁器过关运入南粤。赵佗认为必是长沙王从中捣鬼，于是自立为南粤武帝，发兵攻长沙国边县。吕后派侯窀率军进击，士卒因南方暑湿而流行疾疫，兵不能越南岭。于是赵佗控制闽粤、西瓯，东西万余里，自立为皇帝，与汉朝相抗礼。
文帝登帝位，即遣使告知诸侯及四方边境，示通好之意。为了避免南粤的对抗，文帝在派太中大夫陆贾再次出使时，特意写了一篇态度诚恳、措辞谦和的信。文帝不以皇帝之尊压人，而是先谦恭地作自我介绍，表示平等待人的诚意。然后告知赵佗，朝廷对他还留在河北老家的兄弟作了照顾，对赵佗所关心的祖宗坟墓已派人修葺。文帝语重心长地说明战争只会给汉和南粤造成祸害，“得一亡十”。文帝的诚意，换得赵佗的真心归向。
元朔二年（公元前127年），匈奴两万骑兵侵入边境，由渔阳进入雁门，首都长安直接受到威胁。卫青率领四万大军从云中出发，采用迂回侧击的战术，西绕到匈奴军的后方，迅速攻占高阙，切断了驻守河南地的匈奴白羊王、楼烦王同单于王庭的联系。然后，卫青又率精骑，引兵南l下，进到陇西，形成了对白羊王、楼烦王的包围。匈奴白羊王、楼烦王仓惶率兵逃走。汉军活捉敌兵数千人，夺取牲畜一百多万头，完全控制了河套地区。
公元前121年夏，为进一步歼灭匈奴有生力量，完全控制河西走廊，汉武帝令霍去病与公孙敖共出北地郡兵分两路攻打匈奴，霍去病则率军向前深入，与公孙敖失去联络后，越过居延泽，到达祁连山，俘获酋涂王，投降者二千五百人，斩杀三万零二百人。捕获五位小王和五个小王的母亲、单于阏氏和王子五十九人，相国、将军、当户、都尉六十三人，而汉军的损失不过十分之三。此战的失败，使匈奴人非常惧怕，他们悲伤地唱道：“亡我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我妇女无颜色。”
公元前119年，汉武帝刘彻召集诸将开会，商讨进军方略，决定大举进攻，于是挑选了十万匹精壮的战马，由卫青、霍去病各率精锐骑兵五万人，分作东西两路，远征漠北，又动员了私人马匹四万多，步兵十余万人负责运输粮草辎重，紧跟在大军之后。霍去病从东方的代郡出塞，卫青从定襄出塞，大军北行一千多里，跨过大沙漠，与匈奴军交战。俘杀匈奴军一万多人。至赵信城得到匈奴储积的粮食，汉朝大军驻留一日，放火烧掉余粮引兵而归。漠北之战，汉军打垮了匈奴的主力，使匈奴元气大伤。
元狩四年（公元前119年）春，根据汉武帝的作战计划，霍去病的东路是主力军，汉武帝给他配备的力量最强，汉军“敢力战深人之士”，都交给他指挥。霍去病深入漠北2000多里，与匈奴左贤王相遇，展开一场激战。左贤王的骑兵几乎全部被歼。霍去病乘机追击，至狼居胥山（今蒙古人民共和国肯特山），直到瀚海（今俄罗斯西伯利亚贝加尔湖），才奏凯而还。
汉朝对西域的战争。张骞死后，丝绸之路上也时有险阻，尤其是来自匈奴的破坏。姑师和楼兰两国，正当汉通西域的要道。元封三年（公元前108年），武帝派赵破奴和王恢统兵数万，征伐两国，楼兰王被擒，楼兰成为汉朝的藩属；姑师也兵败国破，于征和四年（公元前89年）完全被汉朝征服。从此，通西域的道路畅通无阻。
太初元年（公元前104年）李广利率领骑兵六千，步卒数万，远征大宛。出了玉门关，进入西域地区，所路经的一些小国，见汉兵到来，都紧闭城门，不给汉军食物。一路之上，战死的饿死的很多，到达大宛的郁成时，士卒仅剩下数千人。李广利指挥军队攻打郁成城。经一再调遣士卒强攻猛打，对方防守严密，均不得手，伤亡甚众。李广利驻军敦煌，向武帝上书，请求暂且修整。汉武帝传令道：“军队有敢入关的，斩首。”李广利闻令恐惧，不敢入玉门关，只得驻扎在敦煌。第一次远征大宛，就这样因轻率出师及指挥不力以惨败告终。
太初三年（公元前102年），李广利再奉命率大军远征大宛。武帝鉴于上次征大宛的惨败，这次则作了周密的部署。随李广利远征的大军有六万人，还有许多兵马私自跟随大军一道出征。出征的不下六万之数，又有牛十万头，马三万匹，驴和骆驼以万数。粮草充实，戈矛齐备，弓弩甚设，能满足部队军需上的一切需要。另外征调十八万士卒，布防在酒泉和张掖以北，新设置居延和体屠两个军事据点，一方面防匈奴的入侵，切断大军的补给钱，一方面作为远征的后援部队，便于接应。
李广利率大军从敦煌出发，挥师西进。大军所过之处，西域各国城门大开，隆重迎接。大军除在轮台遇到抵御外，很顺利地到达大宛。李广利率师绕过郁成城，直抵大宛都城，先断决城内水源，再围困攻打。攻打了四十余日，大宛的一些贵族便联合起来，杀掉国王毋寡。并将毋寡的头割下，用木盒装着，献给汉军统帅李广利。李广利答应了大宛方面提出l的要求，两国订盟，相约结为友好国家。
元凤三年（公元前78年），匈奴单于派犁污王刺探汉朝边防情况。犁污王回报说，酒泉、张掖一带的汉朝兵力日益衰弱，如果派兵作试探性攻击，有希望收复旧有地区。此时，汉朝已先从归降的匈奴人口中听到这个计谋，汉昭帝便下诏命边塞地区加强戒备。没过多久，匈奴右贤王、犁污王率领骑兵四千分为三队，侵人日勒、屋兰、番和三县。汉朝张掖太守、属国都尉发兵反击，匈奴军大败，仅数百人逃脱，属国的义渠部落王将匈奴犁污王射死。
当初，匈奴冒顿单于击败东胡族，东胡残余部众分别占据乌桓及鲜卑山，形成了两个部族，世代臣服于匈奴。汉武帝击破匈奴左翼地区，将乌桓迁徙到上谷、渔阳、右北平和辽东的塞外地区，令其为汉朝侦察匈奴动静。汉朝还设置了护乌桓校尉一官，负责对乌桓人的监督和管辖，使他们不能与匈奴建立联系。至此，乌桓势力逐渐强大起来，于是起兵反叛汉朝。
匈奴得知乌桓人曾经挖掘单于祖先的坟墓，派出二万骑兵袭击乌桓。霍光打算发兵迎击匈奴军队，向中郎将范明友询问，范明友说可以迎击，于是任命范明友为度辽将军，率领骑兵二万从辽东出塞，迎击匈奴军。匈奴得到汉军出塞的消息后，立即撤退。霍光曾告诫范明友说：“大军不可空手而还，如落在匈奴军队后面，便袭击乌桓。”乌桓当时刚刚受到匈奴军的打击，范明友既然没能追上匈奴，便乘乌桓疲惫之机发动攻击，斩杀六千余人，取得乌桓三名首领的人头。
汉宣帝派常惠携带黄金财物前往乌孙，赏赐有功的乌孙贵族。常惠上奏，称龟兹国曾经击杀校尉赖丹，尚未受到惩罚，请求顺路去征讨。汉宣帝不许，大将军霍光却暗示常惠可以相机行事。常惠率五百部属一起到达乌孙，回国时，征调途中经过的龟兹以西各国的军队二万人，又命副使征调龟兹以东各国军队二万人，以及乌孙国军队七千人，从三面进攻龟兹。龟兹王畏于汉军的强大交送罪魁姑翼，送到常惠处，常惠将姑翼斩首，然后返回。
郑吉攻破了车师国，招降了日逐王，威震西域，于是兼管车师以西的西域北路，所以号称“都护”。汉朝设置都护一职，即从郑吉开始。汉宣帝封郑吉为安远侯。郑吉于是在西域中部设立幕府，修筑乌垒城，离阳关二千七百余里。匈奴愈发衰弱，不敢与汉朝争夺西域，从此便取消统治西域的僮仆都尉。汉西域都护负责督察乌孙、康居等三十六国动静，如发生事变，则奏闻朝廷，能安抚则安抚，不能安抚便进行讨伐，从而使汉朝的号令得以颁布于整个西域。
甘延寿久病卧床，陈汤单独行动，假传圣旨，征发各城邦国家的军队、车师戊己校尉的屯田部队。甘延寿听说了这件事，大惊而起，要加阻止，陈汤大怒，手按剑柄，叱责甘延寿说：“大军已经集中会合，你小子打算阻止大军吗？”甘延寿于是顺从。他俩部署、集结汉朝和西域多国兵力，共有四万余人，出击郅支单于。建昭四年（公元前35年）正月，郅支单于的人头被送到长安。元帝下令悬挂郅支单于的头示众十日，然后掩埋。并祭告位于郊外的祖先祭庙，大赦天下。