陵败处去塞百馀里，边塞以闻。上欲陵死战；后闻陵降，上怒甚，责问陈步乐，步乐他杀。群臣皆罪陵，上以问太史令司马迁，迁盛言：“陵事亲孝，与士信，常奋不顾身以徇国度之急，其素所畜积也，有国士之风。今发难一不幸，全躯保老婆之臣随而媒蘖其短，诚可痛也！且陵提步兵不满五千，深蹂兵马之地，抑数万之师，虏救死扶伤不暇，悉举引弓之民共攻围之，转斗千里，矢尽道穷，士张空弮，冒白刃，北首争死敌，得人之死力，虽古名将不过也。身虽陷败，然其所摧败亦足暴于天下。彼之不死，宜欲恰当以报汉也。”上以迁为诬罔，欲沮贰师，为陵游说，下迁腐刑。
是时陵军益急，匈奴骑多，战一日数十合，复伤杀虏二千馀人。虏倒霉，欲去，会陵军候管敢为校尉所辱，亡降匈奴，具言：“陵军无后救，射矢且尽，独将军麾下及校尉成安侯韩延年各八百报酬前行，以黄与白为帜。当使精骑射之，即破矣。”单于得敢大喜，使骑并攻汉军，疾呼曰：“李陵、韩延年趣降！”遂遮道急攻陵。陵居谷中，虏在山上，四周射，矢如雨下。汉军南行，未至韑汗山，一日五十万矢皆尽，即弃车去。士尚三千馀人，徒斩车辐而持之，军吏持尺刀，抵山，入狭谷，单于遮厥后，乘隅下垒石，士卒多死，不得行。昏后，陵便衣独步出营，止摆布：“毋随，丈夫一取单于耳！”很久，陵还，慨气曰：“兵败，死矣！”因而尽斩旗号，及珍宝埋地中，陵叹曰：“复得数十矢，足以脱矣。今无兵复战，天明，坐受缚矣。各鸟兽散，犹有得脱归报天子者。”令军士人持二升糽，一片冰，期至遮障者相待。半夜时，击鼓起士，鼓不鸣。陵与韩延年俱上马，懦夫从者十馀人，虏骑数千追之，韩延年战死。陵曰：“无脸孔报陛下！”遂降。甲士分离，脱至塞者四百馀人。
初，李广有孙陵，为侍中，善骑射，爱人下士。帝觉得有广之风，拜骑都尉，使将丹杨、楚人五千人，教射酒泉、张掖以备胡。及贰师击匈奴，上诏陵，欲使为贰师将辎重，陵叩首自请曰：“臣所将屯边者，皆荆楚懦夫奇材剑客也，力扼虎，射射中，愿得自当一队，到兰干山南以分单于兵，毋令专向贰师军。”上曰：“将恶相属邪！吾发军多，无骑予女。”陵对：“无所事骑，臣愿以少击众，步兵五千人涉单于庭。”上壮而许之。因诏路博德将兵半道迎陵军。博德亦羞为陵后距，奏言：“方秋，匈奴马肥，未可与战，愿留陵至春俱出。”上怒，疑陵悔不欲出而教博德上书，乃诏博德引兵击匈奴于西河。诏陵以玄月发，出遮虏障，至东浚稽山南龙勒水上，盘桓观虏，即亡所见，还，抵受降城休士。陵因而将其步兵五千人，出居延，北行三旬日，至浚稽山止营，举图所过山川地形，使麾下骑陈步乐还以闻。步乐召见，道陵将率得士死力，上甚悦，拜步乐为郎。