上守兵，退落城下；城门内外的壮士，亦皆敛入，把门关住。汉兵四面围城。城有两重，外用木城，内用土城，木城有隙，里面胡兵，射箭出来，伤毙汉兵数人。延寿与汤，愤不可遏，命兵士纵火烧城，木城遇火，立即延燃。胡兵抵御不住，多半逃入内城，只有数百锐骑，出外拦阻，统被汉兵射死。汉兵前拥刀牌，后持弩戟，一齐扑入木城，扫尽胡兵，然后再攻土城。郅支单于见汉兵势盛，意欲出走，转思汉兵经过康居，未闻开仗，定是康居挟嫌助汉，任令通道，且汉兵阵内，夹入西域各国兵马，眼见西域诸王，亦皆为汉效力，就使得脱重围，也是无路可奔。因此决计死守，兵马不足，连宫人亦驱登城楼，自己全身披挂，上城指挥。大小阏氏，约数十人，有几个颇能射箭，也弯着强弓，俯射汉兵。汉兵用楯为蔽，觑着空隙，还射上去，弓弦迭响，射倒大小阏氏数人。可谓直中红心。有一箭不偏不倚，正中郅支鼻上，郅支忍痛不住，退入城中。宫人越觉胆怯，自然随下。
汉兵方思缘梯登城，突闻康居发兵万余，来救郅支，王女已经被杀，想是郅支女得宠康居，故以德报怨。延寿与汤，不得不暂缓扑城。时又天暮，且守住营寨，防备康居兵冲突。陈汤复想出一法，暗遣裨将带领偏师，悄悄的抄至康居兵后，举火为号，以便夹击。裨将奉命，乘夜行兵，无人窥悉。康居兵但顾前面，与城中人遥相呼应，喊声四震，奋突汉营。汉营坚壁勿动，待至逼近，方用硬箭射去，济以长枪大戟，迎头痛刺，任他康居兵如何强悍，也觉无孔可钻，一夜间驰突数次，俱被击却。看看天色微明，康居兵已皆疲倦，不意汉营中鼓声忽起，领兵杀出。康居兵急忙退后，回头一望，更不得了，但见火光四迸，烟焰中拥出许多汉兵，截住去路。吓得康居兵进退失据，被汉兵夹击一阵，好与斫瓜切菜相似，万余骑死了八九千，单剩得一二千人，抱头窜去。延寿与汤，既杀败康居兵马，乘势攻扑内城，四面架梯，冒险乘陴，顿将内城捣破。郅支挈同男女百余人，逃入宫中，汉兵纵火焚宫，阖宫大骇。郅支硬着头皮，拼命出战，怎禁得汉兵拥入，团团围住，一着失手，便被斫倒。军侯杜勋，抢前一步，枭了郅支首级，携去报功。诸将士陆续入宫，杀毙阏氏太子名王以下千五百人，生擒番目百四十五人，收降胡兵千余人，搜得汉使节二柄，并前时谷吉所赍诏书。此外金帛牲畜等件，悉数搬取，由甘延寿陈汤两主将，酌量分给，除赏赐部众，遍及各国随征兵士，全体腾欢。
先是延寿与汤，矫诏发兵，已经上书自劾，至阵斩郅支，复将首级献入长安，请悬诸藳街，威示蛮夷。藳街系长安市名，蛮夷使馆，尽在此处，故有是请。石显闻得延寿功成，大为拂意，先使丞相匡衡奏请，时当春令，应掩骸埋胔，不宜悬示虏首。偏车骑将军许嘉，右将军王商，谓春秋夹谷一会，齐优戏侮鲁君，孔子即令将优施处斩，盛夏施刑，首足两分，异门取出。今郅支逆命，幸得受诛，正宜悬示十日，方可埋葬。有诏从两将军议。匡衡见不从己奏，再与石显密商，同劾甘延寿陈汤，矫制兴兵，功难抵罪；且陈汤私取财物，应即查办。元帝乃令司隶校尉，飞饬塞上官吏，按验陈汤吏士。汤上书自讼，略言臣与吏士，共诛郅支，万里还朝，应有使臣迎劳道路。今闻司隶校尉，反令地方官按验，是为郅支报仇，令臣不解。元帝得书，乃收回成命，令沿途县吏，具备酒食，供给西征回来的军士；及全师凯旋，论功行赏。石显匡衡，复先后上奏，谓延寿汤擅自兴兵，幸得不诛，若复加爵士，将来有人出使，各欲乘危侥幸，生事蛮夷，此风断不可开，免得国家贻患等语。元帝以甘陈有功，意欲加封，只因石显匡衡，是内外重臣，却也未便违议，踌躇累日，历久未决。此时刘更生已改名为向，请封甘陈两人，大致说是：
郅支单于，囚杀使者，伤威毁重，群臣皆闵焉。陛下赫然欲诛之意，未尝有忘。西域都护延寿，副校尉汤，承圣旨，倚神灵，总百蛮之君，集城郭之兵，出百死，入绝域，遂陷康居，屠重城，斩郅支之首，扫谷吉之耻，勋莫大焉！臣闻论大功者，不录小过，举大美者，不疵细瑕。宜以时除过勿治，尊宠爵位，以劝有功，则国家幸甚！
这书呈入，元帝有词可借，方封延寿为义成侯，官长水校尉；赐汤爵关内侯，官射声校尉。一面告祠郊庙，大赦天下，群臣置酒上寿，庆赏了好几天。有故建平侯杜延年子杜钦，乘机上书，追述冯奉世前破莎车功绩，与甘陈相同，亦宜补封侯爵，不没功臣。前也为冯昭仪献谀。元帝因奉世已殁，且破灭莎车，乃是先帝时事，不便重翻旧案，因将钦议搁起不提。会御史大夫繁延寿又殁，朝臣多举荐大鸿胪冯野王，称他行能第一。野王系奉世子，由左冯翊入任大鸿胪。石显既与冯氏有嫌，自然仇视野王，当即入语元帝道：“现在九卿中，原无过野王，可惜野王系冯昭仪亲兄，臣恐天下后世，还疑陛下偏私，专用后宫亲属呢！”巧言如簧，令人不觉。元帝闻言，不禁点首，遂别任太子少傅张谭，为御史大夫。奉世不得追封，当亦由石显作梗。
石显专以狡黠取宠，此次排挤野王，令元帝自然中计，他尚恐为人所斥，特向
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