子开牟，让他作为向导。贝色的儿子也就是屠墨母亲的弟弟，他们都怨恨单于，因此很详细地知道了郅支的情况。
第二天又带领军队前进，离城还有三十里，就停下扎营。当陈汤的“多国部队”从天而降般地出现在眼皮底下时，郅支单于似乎仍蒙在鼓里。他所表现出的茫然、慌乱和无措，与先前的狡诈、强硬形成了鲜明对比。面对大军压境，他遣使来问：陈汤答道：“单于上书说现在处境困难，愿意归附汉朝，亲自入汉朝朝见。天子哀怜单于离开匈奴的广阔国土，在康居受到委屈，所以派都护将军来迎接单于的妻子和儿女，恐怕惊动了您的左右，因此军队不敢到城下。”使者几次往来互相通报情况。甘延寿、陈汤于是责备单于道：“我们为了单于远道而来，而到现在还没有有名的王侯大臣来见将军接受命令，单于怎么能这样忽略大计，失去主人对待客人的礼仪呢!军队远道而来，人马都相当疲劳，粮草估计也将完了，恐怕不能自行还军了，希望单于同大臣审慎考虑计划安排。”
第二天，军队向前到达郅支城的都赖水上游，离城有三里，停下安营布阵。望见单于城上立有五彩旗帜，几百人披着锁甲登城守备，又派出百余名骑兵往来奔驰于城下，步兵百余人在城门两边像鱼鳞一样布下阵式，讲授操演用兵的方法。城上的人还招呼汉军说：“来跟我斗!”一百多名骑兵奔驰着冲向营地，营地的士兵都拉满弓指向骑兵，骑兵就引退了。漠军几次派官兵射击城门的骑兵和步兵，骑兵和步兵都进去了。甘延寿和陈汤命令军队听到鼓声后都逼近城下，从四面围住城，各有自己的任务，有的挖濠沟，有的堵塞城门，拿盾牌的人在前面，拿刀戟弓剑的在后面，向上射击城楼上的人，楼上的人就跑到了楼下。在土城外面还有一座木城，敌人从木城中射击，很杀伤了一些外面的人，外面的人就用柴草烧了木城。夜裹，几百名骑兵打算突围，被迎头射死。
刚开始，单于听说汉朝军队到了，想逃走，但怀疑康居怨恨自己，会作为漠军的内应，又听说乌孙各国都派了军队，自以为没有地方可去了。郅支单于出来后又重新回去，说：“还不如坚守城池。汉军远道而来，不能进攻得很久。”单于就披上镗甲站在楼上，各位辟氏夫人有几十人都用弓箭射杀城外的人。城外的人射中了单于的鼻子，几十个夫人也多被射死。单于下楼骑上马，转战到单于的内室。夜晚过了一半，木城被穿透了，裹面的人退入土城，登上城楼呼喊。当时康居的军队有一万多骑兵分为十多处，四面围绕着城墙，也互相应声相和。夜晚，几次奔袭汉军营地，没有成功，就退回去了。等到天亮，城四面放起了火，官兵高兴起来，大声呼喊追逐敌人，鸣釭敲鼓震动大地。康居兵退走了。汉军就从四面推着大的盾牌，一同进入土城中。单于男女一百多人跑进他的内室。汉兵就放火，官兵争着进入内室，单于受伤而死。军候假丞杜勋砍下了单于的头，得到了汉朝使者的两个符节以及谷吉等所带的帛书。所有抢得的东西都给予本人。一共斩杀丁关氏、太子、名王以下一千五百一十八人，俘虏了一百四十五人，收降了一千多人，把他们都分给了有城市的各国所派出的十五个王。众王莫不欢呼雀跃。
此正是：
陈汤万里戍边关，纵横沙场等闲看。
千里突袭斩首处，封喉一剑震天山。
一战成功，陈汤、甘延寿于是上书朝廷奏捷道：“臣闻天下之大义当混为一，昔有唐虞，今有强汉。唯郅支单于叛逆，未服其辜。以为强汉不能臣也。惨毒行于民，大恶通於天。臣臣延寿,臣汤,将义兵,行天诛,赖陛下神灵,阴阳并应,天气精明,陷陈克敌,斩郅支首及名王以下，以示万里，明犯强汉者，虽远必诛！”
然而由于陈汤伪造皇帝诏令，侵犯皇帝人身、权力及尊严，罪莫大焉。“汉家之法有矫制”，“擅矫诏命，虽有功劳不加赏也”，未知汉元帝如何处置，请听下回分解。