郅支单于亲率数百人出城迎战，不利，退入城中坚守。
郅支城有内外两重木城，防御工事坚固。匈奴人从城上射箭，火力密集。
陈汤命令军队用弓弩还击，并发射火箭焚烧木城。
夜晚，数百匈奴骑兵企图突围，被汉军全部歼灭。
攻城战进入白热化。
郅支单于亲自披甲在城楼督战，他的妻妾们也用弓箭射杀汉军。
陈汤指挥部下，一边用攻城器械猛攻，一边用土壅塞城墙，企图攀爬。
激战中，郅支单于被汉军射中鼻子，受伤退入内城。
半夜，木城被攻破，匈奴守军退守土城。
此时，康居的万余援骑兵抵达，在城外与汉军发生夜战，均被汉军击退。
天明时分，汉军四面纵火，士兵趁势登城，攻入土城。
郅支单于在混战中被杀，头颅被汉军杜勋砍下。
此役，共斩杀阏氏（单于妻妾）、太子、名王以下一千五百一十八人，俘虏一百四十五人，投降者千余人。
北匈奴郅支单于势力被彻底摧毁。
战役结束后，陈汤和甘延寿立即派人将郅支单于的首级快马送至长安，并附上了一封着名的奏疏。
在这封奏疏中，陈汤阐述了出兵的必要性和辉煌战果，并写下了那句流传千古的豪言壮语：
“臣闻天下之大义，当混为一。
昔有唐、虞，今有强汉。
匈奴呼韩邪单于已称北藩，唯郅支单于叛逆，未伏其辜，大夏之西，以为强汉不能臣也。
郅支单于惨毒行于民，大恶通于天。
臣延寿、臣汤将义兵，行天诛，赖陛下神灵，阴阳并应，陷阵克敌，斩郅支首及名王以下。
宜悬头槀街蛮夷邸间，以示万里，明犯强汉者，虽远必诛！”
然而，凯旋的将军等来的不是封赏，而是弹劾。
丞相匡衡、石显等朝中权贵，抓住陈汤“矫制”（假传圣旨）和战时搜刮金银财宝（“盗所收康居财物”）的小辫子，大做文章，认为他“无节”、“不节”，要求治罪。
一场关于“过程正义”与“结果正义”的激烈辩论在朝堂展开。
一方认为，陈汤立下不世之功，应封爵重赏；
另一方认为，其行为是严重违纪，功不抵过。
最终，在刘向等正直大臣的力保下，汉元帝采取了折中方案：赦免其矫制之罪，承认其战功，封甘延寿为义成侯，陈汤为关内侯，食邑各三百户。
但并未给予他们应得的更高封赏。
陈汤的晚年颇为坎坷。
他性格中的缺点（如贪财、言行不谨）使他屡次被人抓住把柄，几度被免官，甚至下狱。
但每当西域有危机，朝廷又不得不起用他，可见其才能之不可或缺。
最终，他死于长安，一生大起大落。
然而，陈汤此战的历史意义，远远超越了他个人的荣辱得失：
1. 彻底解决匈奴边患：郅支单于的覆灭，标志着反汉的北匈奴势力的终结。
南匈奴呼韩邪单于闻讯且喜且惧，彻底臣服，于公元前33年亲往长安朝见，并迎娶王昭君，开启了汉匈之间长达半个多世纪的和平时期。
可以说，陈汤这一战，打出了汉朝边境的长期安定。
2. 极大提升汉朝国威：“明犯强汉者，虽远必诛！”不仅是一句口号，更是一次成功的实践。
它将汉朝的军事威慑力和政治影响力推向了西域乃至中亚的极致，巩固了汉朝对西域的统治，维护了丝绸之路的畅通。
3. 确立“虽远必诛”的战略原则：陈汤的行动，体现了汉代积极防御、攻势防御的进取精神，为后世处理边疆危机提供了大胆的战略先例。
总结而言，陈汤是一位典型的“结果导向”的实干家。
他或许不是一个完美的道德楷模，但他拥有超凡的战略眼光、惊人的胆魄和果断的执行力。
在历史的关键节点，他敢于打破常规，承担巨大的个人风险，为国家和民族消除了心腹大患。
他的一生，是对“大行不顾细谨，大礼不辞小让”这一古训的最佳诠释。
陈汤，这位汉代的“战神”，用他充满争议却又光辉夺目的一生，在中华民族的史册上，刻下了不可磨灭的印记。