夜晚，几次奔袭汉军营地，没有成功，就退回去了。等到天亮，城四面放起了火，官兵高兴起来，大声呼喊追逐敌人，鸣釭敲鼓震动大地。康居兵退走了。汉军就从四面推着大的盾牌，一同进入土城中。单于男女一百多人跑进他的内室。汉兵就放火，官兵争着进入内室，单于受伤而死。军侯代理丞杜勋斩取郅支单于首级，并找到二根节杖与谷吉等带来的帛书。一共斩阏氏、太子、名王以下一千五百一十八人，活捉一百四十五人，一千多人投降，分给出动军队的各属国的十五位王。
于是甘延寿、陈汤上奏书说：“臣等听说天下的大道理，应当是天下一统，以前有唐和虞，如今有强汉。匈奴呼韩邪单于已称北藩，只有郅支单于反叛对抗，没有受到惩罚，大夏以西的地方，都以为强大的汉朝不能使郅支单于臣服。郅支单于残酷毒害百姓，罪大恶极通达到上天。臣甘延寿、陈汤率领仁义的军队，替天诛伐，依赖陛下的神灵，阴阳调和，天气晴朗明丽，冲锋陷阵打败敌人，斩了郅支单于的首级以及杀死了名王以下的人。应把所砍的头悬挂在稿街蛮夷的官邸间，用以昭示万里之外的人，让他们明白违犯强大的汉朝的，即使再远也一定要诛杀。”
事情被下到司法部门处理。丞相匡衡、御史大夫繁延寿认为“郅支单于以及名王的头周游各国，蛮夷没有不知道的。《月令》上说春天是‘掩埋尸骨’的时候，还是不要悬头为好。”车骑将军许嘉、右将军王商认为“春秋时夹谷会盟，优施讥笑君主，孔子杀了他，当时正是盛夏，被斩的手和足分不同的门运出。应悬挂十天后再掩埋。”皇上下诏令说将军的意见正确。
起初，中书令石显曾经想把姐姐嫁给甘延寿，甘延寿没有同意。等到丞相、御史也憎恨他们假托皇帝命令行事，都不赞许陈汤。陈汤平时比较贪婪，所缴获的财物进入汉界后多不依法上交。司隶校尉寄信给道上的官员，逮捕官兵来审查这件事。陈汤就上奏书说道：“臣下同官兵一同诛杀郅支单于，幸亏能把他们消灭，军队万里之外得胜归来，应有使者在路上迎接犒劳。现司隶逆其道而行，逮捕官兵审查，这是为郅支单于报仇啊！”
汉元帝立即派出吏士，命令各县在路上备好酒食犒劳路过的军队。回到京城后，评论功劳，石显、匡衡认为“甘延寿、陈汤擅自假托皇帝命令兴师动众，有幸没有被诛杀，如果再封爵位赐食邑，那么以后奉命的使者就会都争相想冒着危险以取得侥幸，在蛮夷中惹起事端，给国家带来灾难，这个头不能开。”汉元帝内心嘉许甘延寿、陈汤的功劳，但难以违背匡衡、石显的意见，此事很长一段时间没有决定。
原宗正刘向上奏书说：“郅支单于监禁杀害使者和官兵数以百计，事情沸沸扬扬于外国，损失威望，失去了别人的敬重，各位大臣都为此忧愁。陛下发怒想诛杀他，一直没有忘怀。西域都护甘延寿、副校尉陈汤秉承圣明的旨意，倚靠神灵的保佑，统率百蛮的君主，带领有城镇之国的军队，出生入死，进入无人能到的地方，才踏平康居，攻破五道城墙，拔下歙侯的旗帜，斩下郅支单于的首级，悬扬旌旗于万里之外的地方，远播威名于昆山之西，洗刷了谷吉的耻辱，建立了卓越的功勋，万夷畏惧屈服，没有不震动的。呼韩邪单于看到郅支单于已被杀，又喜又怕，向风慕义驱驰前来，稽拜表示归附，愿意守护北藩，历代称臣。
他们建立了千年的功业，保证了万代的平安，群臣中功勋没有比他们再大的了。往昔周朝大夫方叔、吉甫为周宣王诛杀了殓狁而使百蛮都来归顺。
《诗》上说：‘车马喧喧，有如雷霆，既显贵又诚信的方叔，征讨殓狁，蛮荆也因畏惧威力而来臣服。’《易》上说：‘消灭敌人首领的人值得表扬，因为他可以获得更多不同族类的人。’这是赞美那些诛杀了罪魁祸首可以使其它不愿顺服的人前来归顺的人。现在甘延寿、陈汤诛杀所带来的震动，即使是《易》上所说的消灭首领，《诗》上所说的有如雷霆也比不上。评论大的功绩应不计较小的遇错，推举绝美的东西应不顾捆小的瑕疵。
《司马法》上说‘赏赐军队不超过一个月，希望立功的人快速得到他们行善事的报酬。这是由于重视战功，重用人才的缘故。吉甫回去后，周王赐给他丰盛的东西，《诗》上说：‘吉甫因为被宴请，所以很高兴，他受到了那么多祝福，是因为他从镐地回来，功劳同曰月一样长久。’千里之外的镐地还认为遥远，更何况万里之外，他们的辛勤已是到了极点!甘延寿、陈汤不仅没有受到赏赐的回报，反而因义无反顾而取得的功劳受到委屈，长期受挫于刀笔小吏，这不是奖励有功之人、鞭策士兵的方法。
以前齐桓公先有尊周的功劳，后来又有灭项国的罪责，君子就以功劳来掩盖过错而隐讳了他所行的错事。贰师将军李广利损失了五万人的部队，花去了亿万的费用，经历了四年的劳苦，却只获得三十匹骏马，虽然斩下了宛王母鼓的脑袋，也不足以补偿耗费，而且他自己的罪恶也很多。孝武帝认为到万里之远的地方去征讨敌人，不应计较他的过失，就封拜两侯、三卿、二千石的官职爵位给了一百多人。
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