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後來，漢朝用馬邑城引誘單于，派大軍在馬邑兩旁的山谷中埋伏，李廣任驍（ｘｉ□ｏ，消）騎將軍，受護軍將軍韓安國統領節制。當時單于發覺了漢軍的計謀，就逃跑了。漢軍都沒有戰功。四年以後，李廣由衛尉被任為將軍，出雁門關進攻匈奴。匈奴兵多，打敗了李廣的軍隊，並生擒了李廣。單于平時就聽說李廣很有才能，下令說：「俘獲李廣一定要活著送來。」匈奴騎兵俘虜了李廣，當時李廣受傷生病，就把李廣放在兩匹馬中間，裝在繩編的網兜裡躺著。走了十多里，李廣假裝死去，斜眼看到他旁邊的一個匈奴少年騎著一匹好馬，李廣突然一縱身跳上匈奴少年的馬，趁勢把少年推下去，奪了他的弓，打馬向南飛馳數十里，重又遇到他的殘部，於是帶領他們進入關塞。匈奴出動追捕的騎兵幾百名來追趕他，李廣一邊逃一邊拿起匈奴少年的弓射殺追來的騎兵，因此才能逃脫。於是回到漢朝京城，朝廷把李廣交給執法官吏。執法官判決李廣損失傷亡太多，他自己又被敵人活捉，應該斬首，李廣用錢物贖了死罪，削職為民。
轉眼間，李廣在家已閒居數年，李廣家和已故穎陰侯灌嬰的孫子灌強一起隱居在蘭田，常到南山中打獵。曾在一天夜裡帶著一名騎馬的隨從外出，和別人一起在田野間飲酒。回來時走到霸陵亭，霸陵尉喝醉了，大聲喝斥，禁止李廣通行。李廣的隨從說：「這是前任李將軍。」亭尉說：「現任將軍尚且不許通行，何況是前任呢！」便扣留了李廣，讓他停宿在霸陵亭下。沒過多久，匈奴入侵殺死遼西太守，打敗了韓將軍（韓安國），韓將軍遷調右北平。於是天子就召見李廣，任他為右北平太守。李廣隨即請求派霸陵尉一起赴任，到了軍中就把他殺了。
李廣駐守右北平，匈奴聽說後，稱他為「漢朝的飛將軍」，躲避他好幾年，不敢入侵右北平。
李廣外出打獵，看見草裡的一塊石頭，以為是老虎就向它射去，射中了石頭，箭頭都射進去了，過去一看，原來是石頭。接著重新再射，始終不能再射進石頭了。李廣駐守過各郡，聽說有老虎，常常親自去射殺。到駐守右北平時，一次射虎，老虎跳起來傷了李廣，李廣也終於射死了老虎。
李廣為官清廉，得到賞賜就分給他的部下，飲食總與士兵在一起。李廣一生到死，做二千石俸祿的官共四十多年，家中沒有多餘的財物，始終也不談及家產方面的事。李廣身材高大，兩臂如猿，他善於射箭也是天賦，即便是他的子孫或外人向他學習，也沒人能趕上他。李廣語言遲鈍，說話不多，與別人在一起就在地上畫軍陣，然後比射箭，按射中較密集的行列還是較寬疏的行列來定罰誰喝酒。他專門以射箭為消遣，一直到死。李廣帶兵，遇到缺糧斷水的地方，見到水，士兵還沒有完全喝到水，李廣不去靠近水；士兵還沒有完全吃上飯，李廣一口飯也不嘗。李廣對士兵寬厚和緩不苛刻，士兵因此愛戴他，樂於為他所用。李廣射箭的方法是，看見敵人逼近，如果不在數十步之內，估計射不中，就不發射。只要一發射，敵人立即隨弓弦之聲倒地。因此他領兵有幾次被困受辱，射猛獸也曾被猛獸所傷。
沒過多久，石建死了，於是皇上召見李廣，讓他接替石建任郎中令。元朔六年（前
123年）李廣又被任為後將軍，跟隨大將軍衛青的軍隊從定襄出塞，征伐匈奴。許多將領因斬殺敵人首級符合規定數額，以戰功被封侯，而李廣的軍隊卻沒有戰功。過了兩年，李廣以郎中令官職率領四千騎兵從右北平出塞，博望侯張騫（ｑｉ□ｎ，千）率領一萬騎兵與李廣一同出征，分行兩條路。行軍約幾百里，匈奴左賢王率領四萬騎兵包圍了李廣，李廣的士兵都很害怕，李廣就派他的兒子李敢騎馬往匈奴軍中奔馳。李敢獨自和幾十名騎兵飛奔，直穿匈奴騎兵陣，又從其左右兩翼突出，回來向李廣報告說：「匈奴敵兵很容易對付啊！」士兵們這才安心。李廣佈成圓形兵陣，面向外，匈奴猛攻，箭如雨下。漢兵死了一半多，箭也快用光了。李廣就命令士兵拉滿弓，不要放箭，而李廣親自用大黃弩弓射匈奴的副將，殺死了好幾個，匈奴軍才漸漸散開。這時天色已晚，軍吏士兵都面無人色，可是李廣卻神態自然，更加注意整頓軍隊。軍中從此都很佩服他的勇敢。第二天，又去奮力作戰，博望侯的軍隊也趕到了，匈奴軍才解圍退去。漢軍非常疲憊，所以也不能去追擊。當時李廣軍幾乎全軍覆沒，只好收兵回朝。按漢朝法律，博望侯行軍遲緩，延誤限期，應處死刑，用錢贖罪，降為平民。李廣功過相抵，沒有封賞。
當初，李廣的堂弟李蔡和李廣一起侍奉文帝。到景帝時，李蔡累積功勞已得到年俸二千石的官位。武帝時，做到代國的國相。元朔五年（前
124）被任為輕車將軍，跟隨大將軍衛青攻打匈奴右賢王有功，達到斬殺敵人首級的規定，被封為樂安侯。元狩二年（前
121）間，代公孫弘任丞相。李蔡的才幹在下等之中，聲名比李廣差得很遠，然而李廣得不到封爵和封地，官位沒超過九卿，可是李蔡卻被封為列侯，官位達到三公。李廣屬下的軍官和士兵們，也有人得到了侯爵之封。李廣曾和星象家王朔私下閒談說：「自從漢朝攻打匈奴以來，我沒有一次不參加。可是各部隊校尉以下的軍官，才能還不如中等人，然而由於攻打匈奴有軍功被封侯的有幾十人。我李廣不算比別人差，但是沒有一點功勞用來得到封地，這是什麼原因呢？難道是我的骨相就不該封侯嗎？還是本來就命該如此呢？」王朔說：「將軍自己回想一下，難道曾經有過值得悔恨的事嗎？」李廣說：「我曾當過隴西太守，羌人有一次反叛，我誘騙他們投降，投降的有八百多人，我用欺詐手段在同一天把他們都殺了。直到今天我最大的悔恨只有這件事。」王朔說：「能使人受禍的事，沒有比殺死已投降的人更大的了，這也就是將軍不能封侯的原因。」
又過了兩年，大將軍衛青、驃騎將軍霍去病率軍大舉出征匈奴，李廣幾次親自請求隨行。天子認為他已年老，沒有答應；好久才准許他前去，讓他任前將軍。這一年是元狩四年（前
119）。
李廣不久隨大將軍衛青出征匈奴，出邊塞以後，衛青捉到敵兵，知道了單于住的地方，就自己帶領精兵去追逐單于，而命令李廣和右將軍的隊伍合併，從東路出擊。東路有些迂迴繞遠，而且大軍走在水草缺少的地方，勢必不能並隊行進。李廣就親自請求說：「我的職務是前將軍，如今大將軍卻命令我改從東路出兵，況且我從少年時就與匈奴作戰，到今天才得到一次與單于對敵的機會，我願做前鋒，先和單于決一死戰。」大將軍衛青曾暗中受到皇上的警告，認為李廣年老，命運不好，不要讓他與單于對敵，恐怕不能實現俘獲單于的願望。那時公孫敖剛剛丟掉了侯爵，任中將軍，隨從大將軍出征，大將軍也想讓公孫敖跟自己一起與單于對敵，故意把前將軍李廣調開。李廣當時也知道內情，所以堅決要求大將軍收回調令。大將軍不答應他的請求，命令長史寫文書發到李廣的幕府，並對他說：「趕快到右將軍部隊中去，照文書上寫的辦。」李廣不向大將軍告辭就起程了，心中非常惱怒地前往軍部，領兵與右將軍趙食（ｙi，義）其（ｊ□，基）合兵後從東路出發。軍隊沒有嚮導，有時迷失道路，結果落在大將軍之後。大將軍與單于交戰，單于逃跑了，衛青沒有戰果只好回兵。大將軍向南行渡過沙漠，遇到了前將軍和右將軍。李廣謁見大將軍之後，回到自己軍中。大將軍派長史帶著乾糧和酒送給李廣，順便向李廣和趙食其詢問迷失道路的情況，衛青要給天子上書報告詳細的軍情。李廣沒有回答。大將軍派長史急切責令李廣幕府的人員前去受審對質。李廣說：「校尉們沒有罪，是我自己迷失道路，我現在親自到大將軍幕府去受審對質。」
