后二岁，大将军、骠骑将军大反击匈奴，广数自请行。天子觉得老，弗许；很久乃许之，觉得前将军。是岁，元狩四年也。
匈奴大入上郡，天子使中朱紫从广勒习兵击匈奴。中朱紫将骑数十纵，见匈奴三人，与战。三人还射，伤中朱紫，杀其骑且尽。中朱紫走广。广曰：“是必射雕者也。”广乃遂从百骑往驰三人。三人亡马步行，行数十里。广令其骑张摆布翼，而广身自射彼三人者，杀其二人，生得一人，果匈奴射雕者也。已缚之上马，望匈奴稀有千骑，见广，觉得诱骑，皆惊，上山陈。广之百骑皆大恐，欲驰还走。广曰：“吾去雄师数十里，今如此以百骑走，匈奴追射我立尽。今我留，匈奴必以我为雄师之诱，必不敢击我。”广令诸骑曰：“前！”前未到匈奴陈二里所，止，令曰：“皆上马解鞍！”其骑曰：“虏多且近，即有急，柰何？”广曰：“彼虏以我为走，今皆解鞍以示不走，用坚其意。”於是胡骑遂不敢击。有白马将出护其兵，李广上马与十馀骑奔射杀胡白马将，而复还至其骑中，解鞍，令士皆纵马卧。是时会暮，胡兵终怪之，不敢击。半夜时，胡兵亦觉得汉有伏军於旁欲夜取之，胡皆引兵而去。黎明，李广乃归其雄师。雄师不知广所之，故弗从。
李将军广者，陇西成纪人也。其先曰李信，秦时为将，逐得燕太子丹者也。故槐里，徙成纪。广家世世受射。孝文帝十四年，匈奴大入萧关，而广以良家子参军击胡，用善骑射，杀首虏多，为汉中郎。广从弟李蔡亦为郎，皆为武骑常侍，秩八百石。尝从行，有所冲陷折关合格猛兽，而文帝曰：“惜乎，子不遇时！如令子当高帝时，万户侯岂足道哉！”
单于既得陵，素闻其家声，及战又壮，乃以其女妻陵而贵之。汉闻，族陵母老婆。自是以后，李氏名败，而陇西之士居门下者皆用为耻焉。
及孝景初立，广为陇西都尉，徙为骑郎将。吴楚军时，广为骁骑都尉，从太尉亚夫击吴楚军，取旗，显功名昌邑下。以梁王授广将军印，还，赏不可。徙为上谷太守，匈奴日以合战。典属国公孙昆邪为上泣曰：“李广才华，天下无双，自大其能，数与虏敌战，恐亡之。”於是乃徙为上郡太守。后广转为边郡太守，徙上郡。尝为陇西、北地、雁门、代郡、云中太守，皆以力战为名。
李陵既壮，选为建章监，监诸骑。善射，爱士卒。天子觉得李氏世将，而使将八百骑。尝深切匈奴二千馀里，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。
初，广之从弟李蔡与广俱事孝文帝。景帝时，蔡积功绩至二千石。孝武帝时，至代相。以元朔五年为轻车将车，从大将军击右贤王，有功中率，封为乐安侯。元狩二年中，代公孙弘为丞相。蔡为人鄙人中，名声出广下甚远，然广不得爵邑，官不过九卿，而蔡为列侯，位至三公。诸广之军吏及士卒或取封侯。广尝与望气王朔燕语，曰：“自汉击匈奴而广何尝不在此中，而诸部校尉以下，才气不及中人，然以击胡军功取侯者数十人，而广不为先人，然无尺寸之功以得封邑者，何也？岂吾相不当侯邪？且固命也？”朔曰：“将军自念，岂尝有所恨乎？”广曰：“吾尝为陇西守，羌尝反，吾诱而降，降者八百馀人，吾诈而同日杀之。至今大恨独此耳。”朔曰：“祸莫大於杀已降，此乃将军以是不得侯者也。”
广出猎，见草中石，觉得虎而射之，中石没镞，视之石也。因复更射之，终不能复入石矣。广所居郡闻有虎，尝自射之。及居右北平射虎，虎腾伤广，广亦竟射杀之。