汉高帝七年(前200)十月，韩王信降胡，引匈奴兵攻太原、逼晋阳的警报，如雪片般飞入长安。刘邦见匈奴如此猖獗，决定领兵亲征。
这是汉统一后第一次大规模用兵，战将如云，谋臣似雨，共有马步兵三十二万人，在刘邦的统率下离开长安，向北进发。大军行至铜辊(今山西沁县南),前军恰与韩王信军相遇。信军见汉兵铺天盖地而来，不战自乱，甫一接触，便四处逃散，韩王信逃亡匈奴，其将王喜被汉将斩杀。
韩王信帐下有二员大将，一个叫曼丘臣，一个叫王黄，两人原本赵将，时见韩王信奔往匈奴，欲复立赵国，以笼络人心。于是，二人四处寻觅赵氏子孙，后找到一个赵利，便将其立为赵王，又收集起韩王信的不少散兵，遂与韩王信联结匈奴，组成了反汉同盟。
韩王信逃到匈奴，禀报了刘邦亲征之事，并请求出兵援救。这时，冒顿居于上谷，闻报后，立即命令左右贤王，引铁骑万人，会合韩王信，南下阻挡汉军。信得匈奴兵助，士气复盛，再南攻太原，到了晋阳，又被汉军杀败。汉兵乘胜追击，直至离石(今山西西部),俘获了不少人畜，方才还军。
时值冬季，天气寒冷，连日雨雪，汉兵不耐寒，不少士兵被冻掉了手指，真是苦不堪言。
刘邦屯兵晋阳，而冒顿居于代谷。汉军前锋的大捷，激起了刘邦的求胜之心。他欲挥兵北进，一举歼灭匈奴主力。但匈奴多诈，他一时也未敢冒进，遂连派出数批探骑，往探匈奴虚实。数日后，探骑接连回报，说沿路所见多为老弱残兵，不足为虑，如乘胜进军，定可大获全胜。为了慎重起见，刘邦又将奉春君刘敬唤来，叮嘱道：“朕欲一举打败匈奴，令人往探，均说所见多为老弱残兵，现命君微服再探，定要摸清虚实见我!"
这刘敬原姓娄，就是前时进言迁都长安的士卒。刘邦因他议论有功，授官郎中，赐姓刘氏，号奉春君。
刘敬奉命，立即往探匈奴军情。刘邦待刘敬走后，也兵出晋阳，催动大军缓缓北进，途中也遇数股匈奴人马，但一见汉军，便慌忙退去。如此，汉军一路顺风，越过勾注山，直达广武(今山西代县西南)。
大军方才扎下大营，时值刘敬回报，刘邦忙问：“依君所探，能否往攻匈奴?"
刘敬道：“臣以为不可轻易进兵。”
刘邦急问：“为何不可进击?”
刘敬答道：“两国交战，理应各自炫耀实力，但臣所到之处，见到的匈奴兵马，都是老弱病残，若冒顿所属均是如此，他又如何横行塞外?且臣素闻，冒顿用兵，善使骄敌之谋，他前灭东胡，就是如此。故臣以为，所见之情，其中有诈，定是冒顿佯示羸弱，暗伏精锐，引诱我军深入，然后再合而围之。愿陛下慎重行事，万不可中了匈奴诡计。”
刘邦求胜心切，且大军已发，忽闻刘敬如此一番议论，不由大怒，骂道：“齐虏，你凭一张利口，得了一个官职，今对敌情妄加评论，惑我将士，阻我军锋，该当何罪?”
说着，令左右将刘敬拿下，暂囚广武狱中，待回军后，再行发落。自统大军，继续北进。
刘邦求战心切，见兵行数日，未遇抵抗，便令骑兵在前，步兵在后，日夜兼程，北追匈奴。如此一来，骑兵行快，步兵行慢，渐渐将大部分步兵甩在了后面。这一日，汉军前锋行至平城(今山西大同东北),人马已极其疲惫，刚扎下大营，突然周围烟尘腾起，人喊马嘶，大批匈奴骑兵从四面八方掩杀过来。刘邦急令众将分头迎敌。往日平静的平城旷野，一下子涌入了数十万人马，顿时喧嚣起来。一场激烈的厮杀将要在这里进行。
太阳躲进了云层，天阴了，飘起了雪花。而北风却越刮越猛，吹得两军战旗猎猎作响。
两军骑兵扬起的烟尘渐渐汇合在一起。顿时，箭羽的呼啸声、兵器的撞击声、两军将士的喊杀声，混杂在一起，回**在平城上空，战斗异常惨烈。
以疲惫之师，迎战凶悍之敌，本就犯了兵家大忌。为此，汉军虽不顾生死，尽力拼杀，鏖战了半日，仍未将匈奴人马杀退。天近傍晚，汉军连日行军未得休整，本就力乏，再加上一场大战，渐感不支。正在这时，冒顿又率援军赶到，加入攻击。匈奴军士气大振，杀声如雷，仗着人多势众，拼命往前冲杀。汉军支撑不住了，纷纷败退下来。刘邦见状，知难以阻住匈奴军的进攻，立即命令各路人马边战边退，扼守平城东北的大山。汉军撤入了山谷，刘邦遂令太仆夏侯婴领重兵扼住山口，垒石为堡，自上而下击退了匈奴兵的数次进攻。时天已晚，冒顿下令，停止进攻，将山团团围住。
此山名叫白登，冒顿早已在山四周设下伏兵，然后以诱敌之计，骗刘邦到来。刘邦不察，偏偏中计，进入山中。冒顿遂将兵围住，使其进退无路，内外隔绝，好一网打尽。
刘邦被困山中，无法脱身，方知中计，悔不听刘敬之言，但为时已晚，只好盼望后续人马赶来解围。但一连数日，援军仍无踪影。他哪知，此次冒顿犯境，共调动了四十余万人马，几乎是倾国而出。而且冒顿乃是匈奴一位很有作为的君王，不但悍勇，且善谋略，否则，他又怎能虎口脱险，自立后又怎能东灭东胡，西逐月氏，北镇众夷，南犯汉境。他深知，此次汉帝被困，汉援军必拼死来救。因此，除兵围白登外，他还调动了大批人马往阻汉军后续兵马，汉援军又如何能够到达。
刘邦盼不到援军，且粮草眼看将尽，这样下去，就是匈奴不攻，也会冻饿而死。于是，命令将士下山突围，但几次都被杀回，刘邦心中焦急万分，乃登山观察敌情，以寻脱险之策。他俯视四方，只见到处都是胡骑，所不同的是，西方尽是白马，东方尽是青马，北方尽是黑马，南方尽是赤马，军容整齐，实难找出可击之处。
刘邦返回军中大帐，苦思不得良策，遂召来陈平问道：“今困白登已数日，君可有良计解围?”
陈平双眉紧皱，摇摇头道：“愿陛下勿躁，容臣慢思良策。”说毕，告辞退出。
此次北击匈奴，张良因病未能随行，在随军谋士中，要数陈平最有智谋。刘邦见他也一愁莫展，心情更加烦躁，莫非真要困死白登?正惶急间，陈平忽然去而返回，对刘邦道：“臣忽生一计，不知可行否?”
当即，将自己所想向刘邦说了一遍。刘邦听后大喜，令他就照此办理。陈平回帐后，准备了许多黄金、珠宝，又找来随军画师，令他精心绘了一幅美人图。陈平又在军中找了一位有胆有识的使者，向他认真交代了一番，就令他带着黄金、珠宝、美人图，乘雾下山，按计行事。
使者下山后，投入番营，一路以金钱开路，很快来到匈奴的中军大帐。然后又以黄金贿赂守帐卫士，说要独见阏氏，请为通报。
原来，冒顿新得一阏氏，十分宠爱，常带在身边，朝夕不离。此次扎营山下，屡与阏氏并马出入，恰被陈平看见，于是就在她身上用计。
果然，此阏氏凭借单于所宠，在番营中颇有权力，她闻汉使求见，心想必有要事，当即走出帐来，将使者带入另一帐中，斥退左右，问道：“你独来见我，有何要事?"
汉使见问，将黄金、珠宝取出，双手奉上，说是汉帝奉赠，尔后，又拿出画卷一幅，说道：“请阏氏将此画转与单于。”
阏氏本是女流之辈，从未见过如此多的奇珍异宝，样样爱不释手，当即收下。又展开画卷，只见画的是一个美人儿，颇为秀丽动人，便不由起了妒意，含嗔问道：“这幅美人图，是何用意?”
汉使见阏氏已经中计，遂道：“现汉帝被单于困于白登山，全由韩王信离间引起，因此极愿罢兵修好，特遣臣前来，将黄金、珍宝献于阏氏，求代乞请，又唯恐单于不允，愿将汉朝第一美人献与单于。但此女不在军中，故先将画图献上，今已令人前往长安去接，不日可到，请阏氏代为转达。”
阏氏听后，心想若真的将此美女送来，自己宠位必被她夺去，这如何使得。便道：“你们中原人有句话：君子不夺他人所爱。这美人儿定为你家汉帝所宠，就不必送来了，此图尽可带回。”
汉使闻后，心中暗喜，忙道：“阏氏说得甚是。汉帝也难舍此女，并恐献于单于，有夺阏氏恩爱，但事出无奈，也只好如此。如阏氏能解汉帝之围，那又何必再送此女，望多为乞请。”
阏氏道：“烦你回去转告汉帝，我将尽力去办!"
说完，将画卷递与汉使。汉使称谢，告辞退出。
汉使返回大营，报知刘邦、陈平。刘邦闻报，心中大喜，静候佳音。
阏氏返回大帐，暗思此事得尽快办理，否则，汉帝不能解困，必将美人送来，到时自己想阻拦恐怕也来不及了。当下唤来侍者，令他去找单于回帐，说有要事相商。
不久，冒顿回到帐内，开口问道：“爱姬找我，有何要事?”
阏氏道：“妾有一言，关系军中大事，不知该讲不该讲?”
冒顿见阏氏双眉紧锁，似有不悦之色，忙道：“爱姬有话尽管讲来，我为你做主。”
阏氏遂道：“人们常说，两主不相围，今汉帝被围白登山，汉人怎肯罢休，必拼命来救。即使单于杀败汉兵，取得汉地，也恐无法久居；倘若有失，便不能共享富贵了!"
冒顿没想到阏氏会说出这番话来，认真一想，也颇有道理，即使这次能将汉帝擒获，两国必结下生死之仇。中原之大，何止万里，中原之众，何止千万，若再发兵来攻，自己能否抵挡得住?想那蒙恬曾将祖上打得一败涂地，这个教训不能不记住。想到此，问阏氏道：“依你之见呢?”
阏氏见单于已经动心，便道：“汉帝被困数日，军中并不惊慌，想是定有神灵相助。单于何必违天行事，不如围开一角，放他归去，免得两国成仇，再生战乱!"
冒顿闻罢，说道：“爱姬言之有理，明日我将见机行事。”
翌日，冒顿来到军帐，见韩王信、赵利、王黄还没有带兵前来，疑其与汉相通，又想到昨夜爱姬之言，当即传下军令，开围一角，放汉军归去。
刘邦自听使者回报后，一夜未眠。
清晨，夏侯婴来报，说西南角仿佛有匈奴军调动。高主祖闻报，急忙登上山顶望去，只见雾气之中，匈奴军缓缓向两边退去，让出通往平城的一条大路，心知阏氏已起了作用，此时不走还待何时?立即传下军令，让人马下山脱围。
陈平忙道：“且慢，敌兵虽然让出退路，但冒顿多诈，不可不防。应该派一支人马先行，如敌无动静，再将弓弩手布置两边，掩护陛下下山。”
刘邦在陈平安排下缓缓下山，匈奴兵远远看见，也未加阻拦。如此，汉军才得已脱困。行至平城，恰遇汉军后续兵马，刘邦这才安下心来，令人马扎营平城，暂做休整。
冒顿见刘邦虽被困数日，但军容整齐，退而有序，心中十分佩服，当下也收兵退去。
刘邦被围整整七日，已感疲劳不堪，闻匈奴军退去，也撤军南还。
这一日，行至广武，刘邦进城后，立即下令将刘敬从狱中放出，并当面谢道：“朕不用公言，被困平城，险些不能再见。前次探骑，不察虚实，妄言误我，已全部处斩。”
说罢，加封刘敬为关内侯，食邑二千户，号为建信侯。加封夏侯婴食邑千户，并令樊哙不必随师南返，领军留守代地。
数日后，刘邦还都，经曲逆县，因见城池高峻，屋舍连绵，其规模堪与洛阳相比，感陈平奇谋救驾，将他由户牖侯改封为曲逆侯。然后，经赵回到洛阳。
此次北击匈奴、汉军不胜而返，匈奴在韩王信、赵利、王黄等人配合下，仍屡犯边塞。
汉高帝七年(前200)十二月，匈奴攻代，代王刘仲兵败逃回洛阳。
汉八年(前199)九月，匈奴再次入侵，且一色骑兵，出没无常，实难防范。北境警报不断传入长安，刘邦为此而苦恼。于是，令人唤来关内侯刘敬商量退敌之策，刘敬道：“现天下初定，将士劳苦，不易挥师远征，大动干戈。”
刘邦问：“不用武力，你有何计能北定边塞?”
刘敬望了望刘邦道：“陛下试想，单于冒顿，弑父自立，性若虎狼，崇尚武力，怎能与他谈仁义?为国家着想，只有想出一条长远之计，使其子孙后代向汉称臣，才是一条万全之策。臣今有一计，不知陛下能否同意?”
刘邦闻刘敬已有计在胸，忙问：“果若如此，朕定按计而行，请快快说出!"
刘敬这才道：“若要北定匈奴，只有和亲一策。如陛下能舍亲割爱，将嫡长公主下嫁单于，他必慕宠怀恩，立公主为阏氏。将来公主生了儿子，必被立为太子。陛下再每年送些珍玩，令懂礼能辩之士教他礼仪，如此，时日一久，定敛凶生善。今日冒顿在世，为陛下子婿，他日冒顿死后，外孙必即位成为单于，那就会更加畏服。试想，天下哪有为人外孙者，敢与外公为敌的道理?这就是可以不战而屈人的长久之计。还有一言，若陛下舍不得长公主，不令外嫁，或使后宫子女，冒充长公主下嫁，那冒顿狡诈得很，一经察觉，不肯宠幸，仍然与事无益。”
刘邦听后，连声称道：“此计甚妙，为了国家安危，我又何惜一女?”说完，令刘敬暂且退下，自往内宫，将此事告诉了吕后。吕后听后，大惊，泣道：“妾只有这一儿一女，怎能将女儿远嫁番邦?且陛下早已将女儿许给赵王张敖，为人君者，怎可自食其言?”
刘邦见吕后至死不允，因与吕后为结发、患难夫妻，又不能强行颁旨，只得愤愤而出。
吕后待刘邦走后，怕再来逼嫁，乘赵王张敖尚在京都，令太史择吉日，草草为二人完婚。
刘邦本来理亏，见此，也只好听之任之。但与匈奴和亲之事，也不能就此终止，只得选了一嫔妃所生之女，诈称长公主，令刘敬前往匈奴，以结和亲之约。
汉高帝九年(前198)冬，刘敬奉命，出使匈奴。数旬后返回，入朝见驾，说匈奴冒顿已经应允，但毕竟是以假冒真，为防其察觉，还应固防，免为所乘，并献计道：“陛下定都长安，北近匈奴，东远齐、楚，如将山东六国后裔，及强族豪宗，徙入关中，这样，既可北边防备匈奴，又可避免东方生乱，是两全齐美之事。”
刘邦遂纳之言。和亲之后，匈奴犯边果然明显减少。
汉高帝十年(前197)九月，陈豨启立为代王，与韩王信、王黄、曼丘臣等人相勾结，举兵叛汉。刘邦亲自领兵征讨，连败陈豨。陈豨见不能挡，令部将王黄前往匈奴求救。匈奴因与汉已和亲，一时未肯发兵。其时，燕王卢绾也奉命领兵击豨东北，闻陈豨遣王黄求援于匈奴。怕冒顿发兵袭己边境，也派使臣张胜前往匈奴，劝说冒顿应遵和亲之约，不宜发兵援豨。张胜到了匈奴，还未见到单于，恰在途中与故燕王臧茶之子臧衍相遇。
臧衍自其父谋叛被杀，逃入匈奴后，一直欲报父仇，恨不得汉朝天下大乱。
这次途遇张胜，经交谈，了解胜来匈奴目的后，乃用言诱张胜道：“公知否，公之所以被燕王所重任，就是因为懂胡俗，知胡事，燕至今尚存，是因汉诸侯屡反，连年用兵，尚顾及不到燕，今公奉燕王之命，出使匈奴，就是为了尽快灭豨，岂不知陈豨亡后，就该轮到燕了，到时，公等将尽被汉兵所俘。今为公计，唯一面援豨，一面连胡，如事情发展顺利，可长久称王于燕，如汉兵来攻，也可相互依存，不至败亡。否则汉帝多疑，怎肯令燕久存?望公深思。”
张胜听后颇觉有理，遂改主令，见到冒顿后竟劝匈奴出兵袭燕，以牵制燕王不使击代。
卢绾领兵伐代，连下数城，唯不见张胜回禀，正不知何因，忽部属来报，说匈奴兵突然来犯，边兵难敌，请燕王速派援兵。卢绾闻讯，只得领兵返回蓟城，但此时胡兵又退。卢绾心想：匈奴犯边，定是张胜叛我通敌。于是，派使往报刘邦，欲诛灭张胜三族。使臣刚发，不料张胜竟从匈奴返回，卢绾当即大怒，下令将张胜推出斩首。张胜道：“胜有一言，说后任凭大王处置。”
卢绾当即喝住卫士，道：“你暗通匈奴，背我谋反，还有何话，你尽管说来。”
张胜遂将具体情由说了一遍。卢绾听后已经心动，于是私下放了张胜，并派人往报刘邦，说是罪在他人，不在张胜。事后，卢绾一面派胜前往匈奴，暗中求和一面派出心腹范齐往见陈豨，让他尽力御汉，不必多虑。
汉高帝十一年(前196)冬，刘邦兵败陈豨，并在参合杀了韩王信。
汉高帝十二年(前195)十月，汉大将周勃领兵先后平定了代郡、雁门、云中等地，并斩陈豨于当城。至此，北境暂平。
陈豨被杀，其属将皆降，燕王卢绾在陈豨为乱时，外连匈奴，内通陈豨之事渐渐泄出。刘邦闻后，不知真伪，立即派辟阳侯审食其、御史大夫赵尧，齐使燕国，以察虚实，并召卢绾立即入朝。
卢绾连胡通豨，本欲长王燕国，不料，陈豨、韩王信这样快兵败被杀，心中已慌，唯恐事发被诛。二使到蓟，卢绾心中更加惊乱，于是卧床称病，不见皇使。审食其、赵尧二人在馆中住了多日，仍得不到燕王接见，心中不免焦躁，乃借探病求见卢绾，卢绾仍婉言谢绝，待二人走后，卢绾长叹一声，对身边心腹道：“从前，共有七位异姓王，现在只剩下我和长沙王了，余者皆被诛杀。往年杀韩信，烹醯彭越，均出吕后之谋。今陛下抱病在床，权力皆归吕后。吕后妇人，阴狠好杀，专以各种借口诛杀异姓王，及有功大臣。此时，我若入都，必死吕后之手，待陛下病愈，我自往长安谢罪，还可保住性命。”
没想到卢绾此番言语，传到了审、赵二人耳中，二人知卢绾必不入都，遂也动身离开蓟城，返回京都，报知刘邦。
刘邦闻后，勃然大怒。时恰有从匈奴归降者，说张胜仍在匈奴为燕使。刘邦道：“卢绾果然造反了。”
说完，立即令樊哙统领人马往击卢绾。
卢绾闻汉兵来攻，领家属、宫人等数千骑，逃往匈奴，被冒顿命为东胡卢王。
刘邦见卢绾逃亡于匈奴，遂立子刘建为燕王。卢绾逃到匈奴后，郁郁寡欢，不久，病死胡中。
至此，汉初逃亡胡众将，不被诛杀，便是病疾。冒顿虽时有犯边，但一则感于和亲；二则汉室实力渐强，也有所收敛。但两国战事并未结束，至汉武帝时，因匈奴屡犯北境，遂起大兵，北逐匈奴。