李陵獨自穿著便衣走出軍營，阻止左右隨從說：“不要跟著我，大丈夫一人去捉拿單於！”過了很久，李陵返回，歎息說：“兵敗了，就死吧！”
於是李陵軍全部砍倒旌旗，把珍寶埋在地下。李陵感歎說：“如果再有幾十支箭，就足以脫身了。現在沒有兵器再戰，天亮後，隻能坐著被俘虜了。大家像鳥獸一樣散開，或許還有能逃回去報告天子的。”
李陵下令軍士每人帶二升乾糧，一片冰，約定到遮虜障會合。半夜時，李陵軍擊鼓起兵，鼓卻不響。李陵和韓延年一起上馬，十幾名壯士跟隨，匈奴數千騎兵追擊，韓延年戰死。李陵說：“我沒有臉麵回報陛下了！”於是投降匈奴。
漢軍士卒分散逃命，最終回到漢朝邊塞的有四百多人。
李陵兵敗的地方，離漢朝邊塞隻有一百多裡，邊塞的官吏把情況上報武帝。武帝原本希望李陵能死戰，後來聽說李陵投降了匈奴，非常憤怒，責問陳步樂，陳步樂自殺。群臣都歸罪於李陵，武帝問太史令司馬遷的看法，司馬遷極力為李陵辯護說：
“李陵孝順父母，待人講信用，常常奮不顧身，解救國家的急難，這是他平素所培養的品質，有國士的風範。如今辦事一旦遭遇不幸，那些貪生怕死、隻顧保全家室妻兒的大臣，便跟著陷害他，實在令人痛心！
況且李陵率領不滿五千的步兵，深入匈奴腹地，抵擋數萬匈奴大軍，匈奴救死扶傷都來不及，調動所有會拉弓射箭的人，共同圍攻他；李陵軍轉戰千裡，箭儘路絕，士兵們赤手空拳，冒著敵人的白刃，向北爭先死戰，能得到這樣拚死效命的士兵，即使是古代的名將也不過如此。
他雖然身陷敗亡，但他所摧毀的敵軍戰績，也足以顯揚於天下了。他之所以不死，應該是想找個適當的機會，來報效漢朝。”
武帝認為司馬遷造謠欺騙，想詆毀貳師將軍，為李陵遊說開脫，於是判處司馬遷腐刑。
過了很久，武帝後悔沒有派兵救援李陵，說：“應當在李陵出塞後，再下詔命強弩都尉路博德前去接應；隻因我事先下詔，才讓老將路博德生出奸詐之心，不肯接應。”於是派使者慰勞、賞賜李陵餘部中逃回的士兵。
武帝用法律製度控製臣下，喜歡任用酷吏，而各郡國的二千石官吏處理政事，也大多凶狠殘暴，官吏和百姓更加輕易觸犯法令。東方地區的盜賊越來越多，大的團夥有幾千人，攻打城邑，奪取武庫中的兵器，釋放監獄中的死罪囚犯，捆綁、侮辱郡太守、都尉，殺死二千石官員；小的團夥有幾百人，在鄉裡搶劫，數不勝數，道路因此不通。
武帝開始派禦史中丞、丞相長史督察鎮壓，卻不能禁止；於是派光祿大夫範昆和原九卿張德等人，穿著繡花的官服，手持符節、虎符，發兵攻打盜賊，斬首大的團夥，有的多達一萬多人；依法處死為盜賊提供飲食、相互連坐的人，各郡中情況最嚴重的，多至幾千人。
幾年後，才捕獲了盜賊的大部分頭目，但那些散逃的士卒又聚集起來，占據山川險阻的地方，往往成群結夥，官府對他們無可奈何。
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