即日引軍分行，別為六校，其三校從南道逾蔥嶺徑大宛，其三校都護自將，發溫宿國，從北道入赤穀，過烏孫，涉康居界，至闐池西。而康居副王抱闐將數千騎，寇赤穀城東，殺略大昆彌千餘人，驅畜產甚多，從後與漢軍相及，頗寇盜後重。湯縱胡兵擊之，殺四百六十人，得其所略民四百七十人，還付大昆彌，其馬、牛、羊以給軍食。又捕得抱闐貴人伊奴毒。
入康居東界，令軍不得為寇。間呼其貴人屠墨見之，諭以威信，與飲盟遣去。徑引行，未至單於城可六十裏，止營。複捕得康居貴人貝色子男開牟以為導。貝色子即屠墨母之弟，皆怨單於，由是具知郅支情。
明日引行，未至城三十裏，止營。單於遣使問：\"漢兵何以來？\"應曰：\"單於上書言居困厄，願歸計強漢，身入朝見。天子哀閔單於棄大國，屈意康居，故使都護將軍來迎單於妻子，恐左右驚動，故未敢至城下。\"使數往來相答報。延壽、湯因讓之：\"我為單於遠來，而至今無名王大人見將軍受事者，何單於忽大計，失客主之禮也！兵來道遠，人畜罷極，食度日盡，恐無以自還，願單於與大臣審計策。\"
明日，前至郅支城都賴水上，離城三裏，止營傅陳。望見單於城上立五采幡幟，數百人披甲乘城，又出百餘騎往來馳城下，步兵百餘人夾門魚鱗陳，講習用兵。城上人更招漢軍曰\"鬥來！\"百餘騎馳赴營，營皆張弩持滿指之，騎引卻。頗遣吏士射城門騎步兵，騎步兵皆入。延壽、湯令軍聞鼓音皆薄城下，四周圍城，各有所守，穿塹，塞門戶，鹵楯為前，戟弩為後，卬射城中樓上人，樓上人下走。土城外有重木城，從木城中射，頗殺傷外人。外人發薪燒木城。夜，數百騎欲出外，迎射殺之。
初，單於聞漢兵至，欲去，疑康居怨己，為漢內應，又聞烏孫諸國兵皆發，自以無所之。郅支已出，複還，曰：\"不如堅守。漢兵遠來，不能久攻。\"單於乃被甲在樓上，諸閼氏夫人數十皆以弓射外人。外人射中單於鼻，諸夫人頗死。單於下騎，傳戰大內。夜過半，木城穿，中人卻入土城，乘城呼。時，康居兵萬餘騎分為十餘處，四麵環城，亦與相應和。夜，數奔營，不利，輒卻。平明，四麵火起，吏士喜，大呼乘之，鉦鼓聲動地。康居兵引卻。漢兵四麵推鹵楯，並入土城中。單於男女百餘人走入大內。漢兵縱火，吏士爭入，單於被創死。軍候假丞杜勳斬單於首，得漢使節二及穀吉等所齎帛書。諸鹵獲以畀得者。凡斬閼氏、太子、名王以下千五百一十八級，生虜百四十五人，降虜千餘人，賦予城郭諸國所發十五王。
於是延壽、湯上疏曰：\"臣聞天下之大義，當混為一，昔有康、虞，今有強漢。匈奴呼韓邪單於已稱北籓，唯郅支單於叛逆，未伏其辜，大夏之西，以為強漢不能臣也。郅支單於慘毒行於民，大惡通於天。臣延壽、臣湯將義兵，行天誅，賴陛下神靈，陰陽並應，天氣精明，陷陳克敵，斬郅支首及名王以下。宜縣頭槁街蠻夷邸間，以示萬裏，明犯強漢者，雖遠必誅。\"事下有司。丞相匡衡、禦史大夫繁延壽以為：\"郅支及名王首更曆諸國，蠻夷莫不聞知。《月令》春：'掩骼埋胔'之時，宜勿縣。\"車騎將軍許嘉、右將軍王商以為：\"春秋夾穀之會，優施笑君，孔子誅之，方盛夏，首足異門而出。宜縣十日乃埋之。\"有詔將軍議是。
初，中書令石顯嚐欲以姊妻延壽，延壽不取。及丞相、禦史亦惡其矯製，皆不與湯。湯素貪，所鹵獲財物入塞多不法。司隸校尉移書道上，係吏士按驗之。湯上疏言：\"臣與吏士共誅郅支單於，幸得禽滅，萬裏振旅，宜有使者迎勞道路。今司隸反逆收係按驗，是為郅支報仇也！\"上立出吏士，令縣道具酒食以過軍。既至，論功，石顯、匡衡以為：\"延壽、湯擅興師矯製，幸得不誅，如複加爵土，則後奉使者爭欲乘危徼幸，生事於蠻夷，為國招難，漸不可開。\"元帝內嘉延壽、湯功，而重違衡、顯之議，議久不決。
故宗正劉向上疏曰：\"郅支單於囚殺使者吏士以百數，事暴揚外國，傷威毀重，群臣皆閔焉。陛下赫然欲誅之，意未嚐有忘。西域都護延壽、副校尉湯承聖指，倚神靈，總百蠻之君，攬城郭之兵，出百死，入絕域，遂蹈康居，屠五重城，搴歙侯之旗，斬郅支之首，縣旌萬裏之外，揚威昆山之西，掃穀吉之恥，立昭明之功，萬夷懾伏，莫不懼震。呼韓邪單於見郅支已誅，且喜且懼，鄉風馳義，稽首來賓，願守北籓，累世稱臣。立千載之功，建萬世之安，群臣大勳莫大焉。昔周大夫方叔、吉甫為宣王誅獫狁而百蠻從，其《詩》曰：\"嘽々焞々，如霆如雷，顯允方叔，征伐獫狁，蠻荊來威。'《易》曰：'有嘉折首，獲匪其醜。'言美誅首惡之人，而諸不順者皆來從也。今延壽、湯所誅震，雖《易》之折首、《詩》之雷霆不能及也。論大功者不錄小過，舉大美者不疵細瑕。《司馬法》曰'軍賞不逾月'，欲民速得為善之利也。蓋急武功，重用人也。吉甫之歸，周厚賜之，其《詩》曰：'吉甫燕喜，既多受祉，來歸自鎬，我行永久。'千裏之鎬猶以為遠，況萬裏之外，其勤至矣！延壽、湯既未獲受祉之報，反屈捐命之功，久挫於刀筆之前，非所以勸有功厲戎士也。昔齊桓公前有尊周之功，後有滅項之罪；君子以功覆過而為之諱行事。貳師將軍李廣利捐五萬之師，靡億萬之費，經四年這勞，而廑獲駿馬三十匹，雖斬宛王毋鼓之首，猶不足以複費，其私罪惡甚多。孝武以為萬裏征伐，不錄其過，遂封拜兩侯、三卿、二千石百有餘人。今康居國強於大宛，郅支之號重於宛王，殺使者罪甚於留馬，而延壽、湯不煩漢士，不費鬥糧，比於貳師，功德百之。且常惠隨欲擊之烏孫，鄭吉迎自來之日逐，猶皆裂土受爵。故言威武勤勞則大於方叔、吉甫，列功覆過則優於齊桓、貳師，近事之功則高於安遠、長羅，而大功未著，小惡數布，臣竊痛之！宜以時解縣通籍，除過勿治，尊寵爵位，以勸有功。\"
於是天子下詔曰：\"匈奴郅支單於背畔禮義，留殺漢使者、吏士，甚逆道理，朕豈忘之哉！所以優遊而不征者，重協師眾，勞將帥，故隱忍而未有雲也。今延壽、湯睹便宜，乘時利，結城郭諸國，擅興師矯製而征之。賴天地宗廟之靈，誅討郅支單於，斬獲其首，及閼氏、貴人、名王以下千數。雖逾義幹法，內不煩一夫之役，不開府庫之臧，因敵之糧以贍軍用，立功萬裏之外，威震百蠻，名顯四海。為國除殘，兵革之原息，邊竟得以安。然猶不免死亡之患，罪當在於奉憲，朕甚閔之！其赦延壽、湯罪，勿治。詔公卿議封焉。議者皆以為宜如軍法捕斬單於令。匡衡、石顯以為\"郅支本亡逃失國，竊號絕域，非真單於\"。元帝取安遠侯鄭吉故事，封千戶，衡、顯複爭。乃封延壽為義成侯。賜湯爵關內侯，食邑各三百戶，加賜黃金百斤。告上帝、宗廟，大赦天下。拜延壽為長水校尉，湯為射聲校尉。
延壽遷城門校尉、護軍都尉，薨於官。成帝初即位，丞相衡複奏：\"湯以吏二千石奉使，顓命蠻夷中，不正身以先下，而盜所收康居財物，戒官屬曰絕域事不複校。雖在赦前，不宜處位。\"湯坐免。
後湯上書言康居王侍子非王子也。按驗，實王子也。湯下獄當死。太中大夫穀永上疏訟湯曰：\"臣聞楚有子玉得臣，文公為之仄席而坐；趙有廉頗、馬服，強秦不敢窺兵井陘；近漢有郅都、魏尚，匈奴不敢南鄉沙幕。由是言之，戰克之將，國之爪牙，不可不重也。蓋'君子聞鼓鼙之聲，則思將率之臣'。竊見關內侯陳湯，前使副西域都護，忿郅支之無道，閔王誅之不加，策慮C925億，義勇奮發，卒興師奔逝，橫厲烏孫，逾集都賴，屠三重城，斬郅支首，報十年之逋誅，雪邊吏之宿恥，威震百蠻，武暢西海，漢元以來，征伐方外之將，未嚐有也。今湯坐言事非是，幽囚久係，曆時不決，執憲之吏欲致之大辟。昔白起為秦將，南拔郢都，北坑趙括，以纖介之過，賜死杜郵，秦民憐之，莫不隕涕。今湯親秉鉞，席卷喋血萬裏之外，薦功祖廟，告類上帝，介胄之士靡不慕義。以言事為罪，無赫赫之惡。《周書》曰：'記人之功，忘人之過，宜為君者也。'夫犬馬有勞於人，尚加帷蓋之報，況國之功臣者哉！竊恐陛下忽於鼙鼓之聲，不察《周書》之意，而忘帷蓋之施，庸臣遇湯，卒從吏議，使百姓介然有秦民之恨，非所以厲死難之臣也。\"書奏，天子出湯，奪爵為士伍。
後數歲，西域都護段會宗為烏孫兵所圍，驛騎上書，願發城郭敦煌兵以自救。丞相王商、大將軍王鳳及百僚議數日不決。鳳言：\"湯多籌策，習外國事，可問。\"上召湯見宣室。湯擊郅支時中塞病，兩臂不詘申。湯入見，有詔毋拜，示以會宗奏。湯辭謝，曰：\"將相九卿皆賢材通明，小臣罷癃，不足以策大事。\"上曰：\"國家有急，君其毋讓。\"對曰：\"臣以為此必無可憂也。\"上曰：\"何以言之？\"湯曰：\"夫胡兵五而當漢兵一，何者？兵刃樸鈍，弓弩不利。今聞頗得漢巧，然猶三而當一。又兵法曰'客倍而主人半然後敵'，今圍會宗者人眾不足以勝會宗，唯陛下勿憂！且兵輕行五十裏，重行三十裏，今會宗欲發城郭敦煌，曆時乃至，所謂報仇之兵，非救急之用也！\"上曰：\"奈何？其解可必乎？度何時解？\"湯知烏孫瓦合，不能久攻，故事不過數日。因對曰：\"已解矣！\"詘指計其日，曰：\"不出五日，當有吉語聞。\"居四日，軍書到，言已解。大將軍鳳奏以為從事中郎，莫府事一決於湯。湯明法令，善因事為勢，納說多從。常受人金錢作章奏，卒以此敗。