初，武與李陵俱為侍中。武使匈奴明年，陵降，不敢求武。久之，單於使陵至海上，為武置酒設樂。因謂武曰：“單於聞陵與子卿素厚，故使陵來說足下，虛心欲相待。終不得歸漢，空自苦亡人之地，信義安所見乎?前長君為奉車，從至雍陽宮，扶輦下除，觸柱折轅，劾大不敬，伏劍自刎，賜錢二百萬以葬。孺卿從祠河東後土，宦騎與黃門駙馬爭船，推墮駙馬河中溺死。宦騎亡，詔使孺卿逐捕，不得，徨恐飲藥而死。來時大夫人已不幸，陵送葬至陽陵。子卿婦年少，聞已更嫁矣。獨有女弟二人，兩女一男，今複十餘年，存亡不可知。人生如朝露，何久自苦如此?陵始降時，忽忽如狂，自痛負漢，加以老母係保宮。子卿不欲降，何以過陵?且陛下春秋高，法令亡常，大臣亡罪夷滅者數十家，安危不可知，子卿尚複誰為乎?願聽陵計，勿複有雲。”武曰：“武父子亡功德，皆為陛下所成就，位列將，爵通侯，兄弟親近，常願肝腦塗地。今得殺身自效，雖蒙斧鉞湯鑊，誠甘樂之。臣事君，猶子事父也，子為父死，無所恨。願勿複再言。”
陵與武飲數日，複曰：“子卿壹聽陵言。”武曰：“自分已死久矣。王必欲降武，請畢今日之歡，效死於前。”陵見其至誠，喟然歎曰：“嗟乎！義士。陵與衛律之罪，上通於天。”因泣下衿，與武決去。陵惡自賜武，使其妻賜武牛羊數十頭。
後陵複至北海上，語武：“區脫捕得雲中生口，言太守以下吏民皆白服，曰上崩。”武聞之，南鄉號哭，歐血，旦夕臨，數月。
昭帝即位，數年，匈奴與漢和親。漢求武等，匈奴詭言武死。後漢使複至匈奴，常惠請其守者與俱，得夜見漢使，具自陳道，教使者謂單於。言天子射上林中，得雁，足有係帛書，言武等在某澤中。使者大喜，如惠語以讓單於，單於視左右而驚，謝漢使曰：“武等實在。”
於是李陵至酒賀武曰：“今足下還歸，揚名於匈奴，功顯於漢室。雖古竹帛所載，丹青所畫，何以過子卿！陵雖駑怯，今漢且貰陵罪，全其老母，使得奮大辱之積誌，庶幾乎曹柯之盟，此陵宿昔之所不忘也。收族陵家，為世大戳，陵尚複何顧乎?已矣，令子卿知我心耳。異域之人，壹別長絕！”陵起舞，歌曰：“徑萬裏兮度沙幕，為君將兮奮匈奴。路窮絕兮矢刃摧，士眾滅兮名已。老母已死，雖欲報恩將安歸?”陵泣下數行，因與武決，單於召會武官屬，前以降及物故，凡隨武還者九人。
武以始元六年春至京師。詔武奉一大牢謁武帝園廟。拜為典屬國，秩中二千石。賜錢二百萬，公田二頃，宅一區。常惠、徐聖、趙終根皆拜為郎中，賜帛各二百匹。其餘六人老，歸家，賜錢人十萬，複終身。常惠後至右將軍，封列侯，自有傳。武留匈奴凡十九歲，始以強壯出，及還，須發盡白。