公元前200年（汉高祖七年）冬季，汉高祖刘邦亲率32万大军，出征匈奴，同时镇压韩王信叛乱。随行的主要谋士是陈平、娄敬，将领有樊哙、夏侯婴、周勃等。汉军进入太原郡后，连连取胜，产生了麻痹轻敌的思想。刘邦到达晋阳后，听说匈奴驻兵于代谷（今山西省繁峙县至原平市一代），于是先派人侦察冒顿虚实。而冒顿将其精锐士兵、肥壮牛马等隐藏起来，只显露出年老弱小的士兵和瘦弱的牲畜，派去的使臣十余批回来都说匈奴可以攻击。刘邦派刘敬（娄敬）再去出使匈奴，刘邦率骑兵先到达平城（今山西省大同市），此时汉军步兵还未完全赶到。冒顿单于见汉兵蜂拥赶来，在白登山设下埋伏。
刘邦带领兵马一进入包围圈，冒顿单于马上指挥40万匈奴大军，截住汉军步兵，将刘邦的兵马围困在白登山，使汉军内无粮草、外无援兵，不能相救。刘邦发现被包围后，组织突围，经过几次激烈战斗，也没有突围出去。双方损失很大，一直相持不下。汉军在被围了七天后，粮食也快吃完了，饥寒交迫，危在旦夕。冒顿单于本来与韩王信的部下王黄和赵利约定了会师的日期，但他们的军队没有按时前来，冒顿单于怀疑他们同汉军有勾结，就采纳了阏氏的建议，打开包围圈的一角，让汉军撤出。当天正值天气出现大雾，汉军拉满弓安上箭，从已经解除包围的一角慢慢地走出，才得以脱险。
刘邦为了休养生息，要嫁长公主与匈奴和亲，吕后不答应，日夜哭泣，刘邦改以宗室女为公主，嫁给冒顿单于，并派刘敬作为使者陪同前往。此外汉朝每年送给匈奴大批棉絮、丝绸、粮食、酒等。自此，汉与匈奴约定结为兄弟，各自以长城为界，两国的关系得到暂时的缓和。
