于是，陈汤的大军效仿当年李广利的第二次远征，分别走了南北两路 。所有西域小国的军队，一律走南路 。他们将沿着李广利军的祖籍，越过葱岭的支系山脉，首先进入费尔干纳盆地的大宛 。这样一来，既可以让他们远离主战场，也能震慑可能帮助郅支作战的大宛人 。如果规模不大的匈奴人选择逃跑，那么他们的南路也已经被堵死了 。而费尔干纳地区较好的自然条件，也让行军速度较慢的大军有所保障 。
至于战斗力较强的汉军步兵与匈奴、乌孙的骑兵，则走北路 。这段行军的环境与南路完全相反 。前期可以走汉军屯田区与乌孙人的草场 。等到进入康居边境，体力与状态保存较好的骑兵，可以立即展开行动 。天山山脉和伊犁河流域气候湿润，也让他们很容易搜集到制造攻城武器所需的木材 。
得到汉军西征消息后，亲匈奴的康居副王抱阗，马上率领几千骑兵发起预防性进攻 。他们进犯乌孙人的赤谷城，杀伤1000多人，并劫掠了大量可能被用于补给的牲畜和牧民 。这些斯基泰骑兵，甚至出现在了汉军队伍的侧后方，突袭并抢夺走了汉军相当多的辎重 。
陈汤于是下令匈奴与乌孙的骑兵，展开反击 。抱阗的骑兵因为携带劫掠来的畜牧与辎重，被联军骑兵轻易追上 。在一场典型的草原斯基泰式骑兵交战后，460名康居骑兵死在当场 。联军骑兵还抓住了一名带头的康居贵族，解救了470名被掳走的乌孙人 。汉军在释放乌孙俘虏的同时，顺便将那些牲畜都留作军用 。一路上，陈汤还严禁手下的各族士兵抢劫，给乌孙人与康居人以军纪严明的印象 。
当北路军抵达索格狄亚那境内后，陈汤还亲自与很多当地的部落领袖会面 。他以斯基泰传统，与这些贵族们饮酒结盟 。很多原本就反对郅支的斯基泰酋长们，立即倒向了汉朝一边 。其他摇摆不定的中间派，则顺其自然的为汉军让道 。可以说，在最终交战之前，陈汤已经尽可能的在康居内部，孤立了郅支势力 。
【郅支之战：中国军队历史上到达的最西端的战争之一 汉朝以夷制夷的典范】
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决战郅支城
陈汤在进军时间上，也非常巧妙的选择了秋冬季节 。在这个时节中，游牧民们往往要将人口与畜群集中管理，抵抗冬季的严寒 。大量部落在这段时间里，蜗居自己的城市和草场，彼此较为孤立 。郅支单于还是派出了使者，到周边的部落和国家寻求援助 。但陈汤的统战行军，已经让很多对单于不满的部落与匈奴人对立 。那些依然支持郅支的部落，则需要先自我评估一番参战后果 。然后，再从冬歇期中开展较慢速度的战争动员 。至于南面的大宛，在数万西域军队过境后，更不愿意冒险帮助匈奴人了 。
汉军也为了不让郅支一伙人逃走，选择故意示弱 。他们在郅支城外30里地扎营，并向赶来试探的匈奴使者表示，自己的军粮快吃完了，能否活着回去都没把握了 。次日，他们又仅仅派出一小队人马，在城外3里处布阵 。以为汉军早已人困马乏的郅支，立刻决定应战 。100名匈奴骑兵主动出城列队，他们的两翼还有披甲持弓的斯基泰步兵掩护 。其余为数不多的匈奴人与斯基泰人，则在城头弯弓搭箭 。
面对威胁的汉军，一直避免与郅支的部队发生近距离交战 。占据步兵绝大部分的弓弩手们，用密集的远射火力，射暴了企图抵近射击的匈奴轻骑兵 。数量有限的重骑兵，也在汉军的密集攻击下，被前排的盾兵所阻挡 。发现这样只是徒增伤亡后，他们转身向城门方向撤退 。
随着更多汉军部队与同盟骑兵的突然赶到，匈奴骑兵在惊慌失措中，涌入城门 。追击的南匈奴与乌孙人，却不敢靠近有防御火力的城墙 。城门两侧的斯基泰步兵，则在标志性的大盾牌掩护下，用复合弓火力射退了他们 。这些典型的草原式步兵，因为第一排武士习惯放置于身前的一人高大盾牌，而被汉朝目击者称为鱼鳞阵 。但他们主要是依靠弓箭为杀伤手段 。当确定匈奴残兵完成撤退后，他们也就顶着汉军的新一轮射击，以完整的阵列入城 。
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