于交战，单于逃跑，卫青没能活捉单于只好收兵。

卫青南行渡过沙漠，遇到李广与赵食其领。

李广谒见大将军后回自己军中。

卫青派长史送给李广干粮和酒，顺便向李广、赵食其询问迷路情况，卫青要给汉武帝上书报告军情。

李广没有回答。卫青派长史急令李广幕府人员前去受审对质。

李广说:“校尉们无罪，是我迷失道路，我现亲自到大将军幕府去受审对质。“

到大将军幕府，李广对他的部下说:“我从少年起与匈奴作战七十多次，如今有幸随大将军出征同单于军队交战，可是大将军又调我的部队走迂回绕远的路，偏偏迷路，难道不是天意吗?况且我已六十多岁，毕竟不能再受那些刀笔吏的污辱。“

于是就拔刀自刎了。

李广军中将士都为之痛哭。百姓听到这个消息，不论认识李广否，不论老少都为之落泪。

李广死时，他长子李当户、次子李椒都已经过世，仅留下幼子李敢。

李敢当时是霍去病的部下，因立有战功被封为关内侯，听说父亲死讯，认为是卫青任意调离李广，因此打伤卫青。

卫青隐藏了李敢的打人不法行为，但卫青的外甥霍去病却不能接受部属殴打自己舅舅，后来甘泉宫狩猎时射杀了李敢。

李广的孙子李陵，爱士卒。

天子以为李氏世将，而使将八百骑。

尝深入匈奴二千余里，过居延视地形，无所见虏而还。

拜为骑都尉，将丹阳楚人五千人，教射酒泉、张掖以屯卫胡。

数岁，天汉二年秋，贰师将军李广利将三万骑击匈奴右贤王于祁连天山，而使陵将其射士步兵五千人出居延北可千余里，欲以分匈奴兵，毋令专走贰师也。

陵既至期还，而单于以兵八万围击陵军。

陵军五千人，兵矢既尽，士死者过半，而所杀伤匈奴亦万余人。

且引且战，连斗八日，还未到居延百余里，匈奴遮狭绝道，陵食乏而救兵不到，虏急击招降陵。

后世唐朝皇帝李渊、李世民追李广李敢为先祖。