青胜利凯旋，于是封他为关内侯。龙城之战中，卫青一路汉军取得自汉初以来对战匈奴的首次胜利，为以后汉朝的进一步反击打下了良好的人心基础，卫青为车骑将军出雁门，领三万骑兵，长驱而进，斩首匈奴军数千人。
匈奴大举入侵上谷、渔阳，先攻破辽西，杀死辽西太守，又打败渔阳守将韩安国，劫掠百姓两千多人。武帝派李息从代郡出击，卫青率大军进攻匈奴盘踞的河南地，采用“迂回侧击”的战术，西绕到匈奴军的后方，迅速攻占高阙，斩杀匈奴二千三百人，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。而后卫青又率精骑，飞兵南下，进到陇县西，形成了对白羊王、楼烦王的包围。汉军活捉匈奴数千人，夺取牲畜数百万之多，控制了河套地区。鉴于这一带水草肥美，形势险要，武帝在此修筑朔方城，设置朔方郡、五原郡，自内地迁徙十万人到两地定居，并且修复了秦时蒙恬所筑的边塞和沿河的防御工事。
此役之后，匈奴骑兵对长安的直接威胁被解除，汉朝还建立起了进一步反击匈奴的前方基地。此战，汉军全甲兵而还，卫青功不可没，因此被封为长平侯，食邑三千八百户，其部将苏建、张次公随征有功，分别被封为平陵侯、岸头侯。
武帝命卫青率领三万骑兵，从高阙出兵，卫尉苏建为游击将军，左内史李沮为强弩将军，太仆公孙贺为骑将军，代国相李蔡为轻车将军，都隶属车骑将军卫青；大行李息、岸头侯张次公则从右北平出兵。各路汉军一同出击匈奴，匈奴右贤王正对着卫青等人的主力，认为汉军不能到达此处，便喝得沉醉。夜晚时分，汉军突至，包围了右贤王，右贤王大惊，连夜遁逃，独自同他的一个爱妾和几百名精壮的骑兵急驰突围，向北而去。轻骑校尉郭成等追赶了数百里，没有追上，汉军俘虏右贤王的小王十余人，男女一万五千余人，牲畜达千百万头，
汉武帝接到战报，派特使捧着印信，到军中拜卫青为大将军，加封食邑六千户，节制诸将，位在丞相之上。卫青的三个儿子被汉武帝封为列侯：长子卫伉为宜春侯，次子卫不疑为阴安侯，幼子卫登为发干侯，卫青上表辞封，并推功于众将士。此役中，随从卫青作战的公孙敖、韩说、公孙贺、李蔡、李朔、赵不虞、公孙戎奴、李沮、李息、豆如意等都受到武帝的封赏，得封侯爵。
卫青指挥公孙敖、公孙贺、赵信、苏建、李广及李沮六将，分领六路大军，自定襄出发，北进数百里，斩首数千级而还。战后，全军返回定襄休整，一个月后再次出塞，斩首匈奴军一万