李廣利是武帝寵姬李夫人的哥哥，樂師李延年的弟弟。

李夫人傾國傾城，妙麗善舞，深得武帝寵愛。李夫人病重，漢武帝前去探望，李夫人蒙被不見，辭謝再三，說：“以色事人者，色衰而愛弛，愛弛則恩絕?；噬现跃鞈傥?，是因為我平時的容貌。如今我病重之中，形銷骨立，不再是舊時容顏，皇上見了必定心生嫌惡，這樣一來怎么會在我死后照顧我的兄弟呢？”

李夫人死后，漢武帝追思不已，用皇后的禮儀安葬了她，命畫師將她生前的形象畫下來掛在甘泉宮。

因為李夫人的臨終囑托，漢武帝任命李延年為協(xié)律都尉，李廣利為將軍。

太初二年（前103年），漢武帝任命李廣利為貳師將軍，率六千騎兵、步卒萬人遠征大宛，奪取貳師城（今蘇聯(lián)中亞安集延城之南）的寶馬。這次軍事行動以失敗告終。

第二年，李廣利奉命率大軍再次遠征大宛，凱旋而歸。漢武帝封李廣利為海西侯。

天漢二年（前99年）夏，漢武帝派貳師將軍廣利率領三萬騎兵自酒泉出發(fā)，進攻匈奴右賢王。

李廣利大軍在天山和匈奴右賢王遭遇，一場激戰(zhàn)，漢軍斬獲匈奴官兵首級萬余個。

然而在歸途中，貳師將軍反被匈奴騎兵重重包圍，幾乎不能脫身，損失兩萬多人。

天漢四年（前97年），李廣利率騎兵六萬、步兵十萬，與強弩都尉路博德率領萬余人會師，自朔方郡出發(fā)；游擊將軍說率領步、騎兵三萬人自五原出發(fā)；因杅將軍敖率領一萬騎兵、三萬步兵自雁門出發(fā)。

且鞮侯單于得到消息，命令把所有牲畜、人口、輜重都轉(zhuǎn)移到余吾水（今蒙古烏蘭巴托附近之士拉河）北岸，自己在在余吾水南岸，布置十萬騎兵等待貳師將軍前來決戰(zhàn)。

貳師將軍李廣利見形勢于自己不利，想脫離戰(zhàn)場引兵歸去，與單于接連激戰(zhàn)了十多天。其他幾個將軍都沒有什么戰(zhàn)績，于是漢軍退兵。

征和二年（前91年），李廣利率七萬人出五原，御史大夫商丘成率三萬余人出西河，重合侯馬通率四萬騎出酒泉擊匈奴。

李廣利軍行至夫羊句山狹(今達蘭扎達加德西)，遭單于所遣右大都尉與漢朝降將衛(wèi)律所率五千騎兵截擊。李廣利以屬國胡騎兩千出戰(zhàn)，殺傷匈奴數(shù)百人，乘勝追至山狹北邊不遠的范夫人城。

正在李廣利率軍在前線作戰(zhàn)的時候，此時，京城長安卻發(fā)生了巫蠱案。
當時，京城聚居了很多神漢巫婆，用旁門左道蠱惑人心，京城中也流傳著一種叫做“巫蠱”的巫術。巫蠱是一種十分古老的巫術，即便是現(xiàn)在，在一些偏僻的鄉(xiāng)村，還有人在使用它。巫蠱，用詛咒、射偶人（偶人厭勝）和毒蠱等方法來加害仇敵。武帝時流傳在京城的巫蠱術，便是用一種木刻的偶人，做成仇家的模樣。藏在暗處，每日詛咒它，或是箭射、針刺，以此詛咒仇家得病身亡。更有巫婆出入宮中，教嬪妃宮女們以巫術避災求福。這些女人們一旦因為雞毛蒜皮的事便撕破臉皮，相互詬罵，并告發(fā)對方詛咒皇帝。這辦法很管用，為此武帝殺了不少宮女。
    此時，武帝已經(jīng)年逾古稀，身體每況愈下，總疑心有人用巫蠱術詛咒自己。
偏巧丞相公孫賀的兒子犯法下獄，公孫賀自請追捕京城大俠朱安世為兒子贖罪。而這朱安世也非等閑之輩，入獄后又誣告公孫賀的兒子私通武帝的女兒陽石公主，并且無故詛咒武帝，武帝一聽大怒，遂將公孫賀父子下獄處死，連諸邑公主（衛(wèi)子夫的女兒）和陽石公主也一并殺掉，并命江充辦理巫蠱一案。
這個江充并非善類。他初為趙王劉彭祖的座上賓，因與趙太子劉丹有隙，遂跑到長安向武帝告發(fā)劉丹與自己的同胞姐姐通奸并與父王嬪妃有奸。這江充長得不錯，又好打扮，武帝對他印象不錯，問以時政，江充對答如流，被武帝派往匈奴出使，回國后拜為直指繡衣使者。
    因一件小事江充得罪了太子劉據(jù)，江充害怕劉據(jù)繼位后對自己不利，便借巫蠱案陷害劉據(jù)。劉據(jù)無法自明，便在太傅的鼓動下矯詔發(fā)兵自衛(wèi)，并捕殺了江充。武帝聞知后，派丞相劉屈髦平亂，雙方激戰(zhàn)五日，死者數(shù)萬人，太子兵敗后逃離長安，最后自殺。
    此案后，朝中大臣有隙者輒以巫蠱陷害對方。內(nèi)者令郭穰密告丞相劉屈髦的妻子巫蠱詛咒漢武帝，并與李廣利祝禱希望昌邑哀王劉髆將來能做皇帝。李廣利與劉屈髦是兒女親家，李廣利的女兒是劉屈髦的兒媳婦，而昌邑哀王劉髆則是李廣利妹妹李夫人的兒子。武帝聞此大怒，下令廷尉嚴辦，以劉屈髦大逆不道腰斬，其妻子梟首華陽街頭，并收捕李廣利的妻兒入監(jiān)。
    李廣利得到消息，心如火焚。一位避罪從軍的書掾胡亞夫暗示他投降匈奴：“如今您的全家都被收監(jiān)，倘若回師，稍微不稱皇帝的心意，那真是自投羅網(wǎng)，那時候郅居水北岸還能再見嗎？”
李廣利有點動心，心里卻割舍不掉自己的妻兒，便決定率部深入匈奴，期望立功免禍。
    李廣利命部將率二萬騎兵渡過郅居水繼續(xù)追擊時，突然與匈奴左賢王、左大將率領的二萬多人相遇，激戰(zhàn)一日后，匈奴大敗，左大將被殺，士卒死傷累累。

李廣利命部將率二萬騎兵渡過郅居水繼續(xù)追擊時，突然與匈奴左賢王、左大將率領的二萬多人相遇，激戰(zhàn)一日后，匈奴大敗，左大將被殺，士卒死傷累累。

就在李廣利即將奪取大勝之時，屬下部將卻發(fā)生叛亂。將軍長史與決眭都尉等人得知李廣利親屬下獄后，對他匆忙北上的決定十分不滿，認為李廣利不顧大軍的安危，只圖自己立功贖罪，于是密謀綁架李廣利，率軍回朝。

誰知消息泄露，李廣利誅殺長史等人后，見軍心不穩(wěn)，只得率兵從郅居水南歸。

狐鹿姑單于得知消息后，親率五萬多騎士渡水緊追不舍，漢軍邊戰(zhàn)邊撤，等到退至速邪烏燕然山時，損失已經(jīng)相當慘重，而且又疲憊不堪，只得就地扎營休整。

入夜之后，單于命令士卒挖數(shù)尺深的塹壕至漢軍營前，突然發(fā)動猛攻；漢軍猝不及防，軍中一陣大亂，死傷不計其數(shù)。李廣利見敗局已定，走頭無路，只得向匈奴投降。

狐鹿姑單于早就聞知李廣利這位皇親國舅的大名，如今見李廣利投降，大喜過望，將自己的女兒嫁與李廣利。

就在第二年秋天，衛(wèi)律忌恨李廣利得寵，遂利用單于母親生病的時機，串通胡巫，謊稱病因是由于去世的且鞮侯單于在發(fā)怒。且鞮侯單于過去出兵攻伐漢時，曾發(fā)誓一定要捉住貳師將軍李廣利用來祭神。衛(wèi)律說，現(xiàn)在為什么不殺了李廣利祭祀先祖呢？

狐鹿姑單于對巫師的話信以為真，便將李廣利殺掉，用以祭神。

屈膝投降，最終還是人頭落地。李廣利臨死前大罵：“我死后必滅匈奴?！?/span>

這年秋天雨雪連綿，氣候寒冷，牲畜凍死，疾病流行，莊稼不熟，狐鹿姑單于十分恐懼，想起了李廣利死前發(fā)的毒誓，以為真的是李廣利的鬼魂顯靈了，急忙為李廣利立祠。