计诱陷，由此断绝和亲，不时遣兵入塞侵盗。武帝久欲出兵征之，却因朝中多事未暇兼顾。至元光六年春，匈奴复入上谷杀掠吏民。武帝遂拜卫青为车骑将军，兵出上谷；公孙贺为轻车将军，兵出云中；太中大夫公孙敖为骑将军，兵出代郡；卫尉李广为骁骑将军，兵出雁门，各率马队一万往击匈奴。四将领命分道前进。自高祖被围白登至今七十年，汉兵第一次出塞。
匈奴听说汉兵大举来伐，急命部下预备迎敌。先说李广兵出雁门，恰与单于大队相遇，两下交战良久。匈奴兵十余万，汉兵仅有万人，众寡悬殊。李广虽然勇猛善战，终难取胜，部下兵士死亡过半，胡兵将李广四面围住。李广东冲西突不能脱身。单于素闻李广之名，今见他被困垓心，急传下命令，务须生擒李广，不得将他杀死。后来李广战到力竭，身又受伤，不能抵拒，胡兵一拥上前竟将李广擒住。单于心中大喜即命回军。李广部下将校眼看主将被擒无力救援，只得收集败残兵士退回数十里驻札。胡兵一齐高唱凯歌而回。李广虽然被擒，心中却很镇静，意欲设计逃走，故意假作伤重不能起坐。胡兵料他万难逃脱，也就不加捆缚，取出绳网将李广盛住，系在两马之间慢慢行走。
李广卧在网上，前后左右都是胡兵围守，要想脱逃未得其便，索性闭目假死。约略行有十余里路，李广偷眼一瞧，见近身有个胡儿坐着一匹好马，于是尽力一挣扯断绳索，腾身急起跃上胡儿马背，把胡儿推落马下，夺得弓箭加鞭南驰。胡兵见广走脱回马急追，好在坐骑得力，胡兵多数追赶不上，也有数十人乘坐好马渐渐追近，李广便将夺来的弓箭回射追兵，无不应弦而倒。李广且行且射，一直行有数十里路，却与部下残兵相遇。胡兵追赶不上只得回去，李广竟得逃脱。
李广回来后，朝廷将他交给官吏处置。官吏认为李广损失重大，又被敌人活捉，应当斩首，后来李广赎为庶人。
只因李广数次与匈奴力战，威名久著；加之前次受伤被获，身在多人围守之中竟能单骑逃脱，真是神勇莫测，以此匈奴人人畏服，给李广起了个绰号，叫做“汉飞将军”。