汉武帝元狩二年（庚申年，公元前121年）?
冬季，十月：? 汉武帝刘彻前往雍县（今陕西凤翔），祭祀五畤（祭祀五位天帝的场所）。
三月：?
戊寅日：? 平津献侯公孙弘去世。
壬辰日：? 任命御史大夫乐安侯李蔡为丞相，廷尉（最高司法官）张汤为御史大夫（最高监察官）。
霍去病出击匈奴（春季行动）：?
骠骑将军霍去病率领一万骑兵从陇西郡（今甘肃临洮）出发，进攻匈奴。他们穿越了五个匈奴王国，激战六天，越过焉支山（在今甘肃山丹东南）一千多里。
在这次行动中，汉军斩杀了折兰王、卢侯王，俘虏了浑邪王的儿子、相国、都尉，斩首和俘获敌军八千九百多人，并缴获了休屠王用于祭天的金质神像。
汉武帝下诏，加封霍去病食邑二千户。
夏季，汉军分路出击匈奴：?
霍去病再次与合骑侯公孙敖率领数万骑兵一同从北地郡（今甘肃庆阳西北）出发，但分道行进。
同时，卫尉（宫廷卫队长）张骞、郎中令（掌管宫殿门户）李广一起从右北平郡（今辽宁凌源西南）出发，也分道进军。
李广遭遇战：? 李广带领四千骑兵先行，推进了数百里，张骞率一万骑兵在后跟进。匈奴左贤王率领四万骑兵包围了李广。李广的士兵都很恐慌；李广便派儿子李敢独自率领几十名骑兵快速冲击匈奴骑兵阵列，穿透敌阵，从其左右两翼杀出返回，报告李广说：“匈奴兵很容易对付！”军心这才安定下来。李广命令士兵布成圆形阵势，面向外抵御。匈奴猛烈进攻，箭如雨下。汉兵死亡过半，箭也快射完了。李广于是命令士兵拉满弓弦但不发射，自己亲自用威力强大的“大黄”弩弓射杀匈奴的副将，接连射死数人，匈奴军的攻势才逐渐松懈下来。此时天色已晚，将士们吓得面无人色，只有李广神态自若，更加精神抖擞地整顿部队，军中将士都佩服他的勇气。第二天，汉军再次奋力作战，死亡人数又超过一半，但杀伤敌人的数量也超过了自己的损失。恰好博望侯张骞率领的军队赶到，匈奴军队才解围撤退。汉军疲惫不堪，无力追击，于是收兵而归。
战后处置：? 根据汉朝法令：博望侯张骞因行军迟缓，延误日期，应当处死，花钱赎罪，贬为平民。李广功过相抵，没有得到封赏。
霍去病的战果：? 骠骑将军霍去病深入匈奴二千多里，未能与公孙敖会师。霍去病越过居延海（在今内蒙古额济纳旗北），经过小月氏（西域古国名），挺进到祁连山（今甘肃、青海间山脉），俘获了单桓王、酋涂王，以及相国、都尉率领部众投降的共二千五百人，斩首和俘获敌军三万零二百人，擒获匈奴小王七十余人。
封赏与处罚：? 汉武帝加封霍去病食邑五千户。封其部下有功的将领鹰击司马赵破奴为从骠侯，校尉高不识为宜冠侯，校尉仆多为煇渠侯。合骑侯公孙敖因行军滞留延误，未能与骠骑将军会师，依法当斩，花钱赎罪，贬为平民。
对霍去病的评价：?
当时，各位老将所率领的兵士、马匹、装备都不如霍去病。霍去病所率领的常常是挑选出来的精兵锐卒，但他也敢于深入敌境，常常率领精锐骑兵冲在大军前面；他的部队似乎也有天佑，从未陷入绝境。
而那些老将却常常因行动迟缓落后而错失战机。因此，霍去病日益受到武帝的亲近宠爱，地位日益显贵，几乎与大将军卫青相当了。
匈奴入侵：? 匈奴入侵代郡（今河北蔚县东北）、雁门郡（今山西右玉南），杀死俘掠数百人。
江都王刘建谋反案：?
江都王刘建与父亲刘非（易王）宠爱的淖姬等人以及自己的妹妹征臣通奸。
刘建在游览雷陂（在今江苏扬州）时，遇到大风，他派两名郎官乘坐小船进入湖中。小船被风吹翻，两人落水，紧紧抓着船边，在波浪中时沉时浮。刘建在岸边观看大笑，下令不准救援，结果两人都被淹死。
刘建总共杀害无辜者三十五人，一心沉溺于荒淫暴虐。他知道自己罪行深重，害怕被诛杀，便与王后成光一起指使越地婢女（通晓巫术）请神降祸，诅咒汉武帝。
他又听说淮南王、衡山王有谋反阴谋，自己也打造兵器，刻制皇帝印玺，准备造反工具。
事情败露后，主管官员请求逮捕诛杀刘建。刘建自杀，王后成光等人都被处死（弃市），江都国被废除。
胶东康王刘寄去世。?
秋季，匈奴浑邪王投降：?
当时，匈奴单于因浑邪王、休屠王在西部被汉军杀死俘虏数万人而大怒，想召他们回去处死。浑邪王