韓安國開始意識到劉徹已經準備好反擊匈奴的計劃了，估計苦口婆心也無濟於事，說到最後就稍為軟化了立場，口氣不像最初那樣強硬了——如果你們拿得出好辦法，我也不反對。
王恢順勢攤開底牌：“禦史大夫所說的話似是而非。經得起霜凍的草木不會因風雨凋零，清水明鏡不會讓真相模糊，有道之士不會被浮詞迷惑。現在我所說的反擊辦法，本來就不是要發兵深入匈奴腹地作戰，而是要針對單於的貪欲，用利益引誘他前來侵略邊境，我們選擇精銳的騎兵和強健的士兵，利用險要地形布下天羅地網——等我們選好合適的戰場後，就在單於必經之路的前後左右都設下埋伏，前堵後截，左右夾擊，單於就成了甕中之鱉，我們好比關門捉賊，勝利是十拿九穩的。”
這是一場針鋒相對的激烈辯論，主戰派和主和派都充分地列舉了自己的理由，辯論進行得比較深入。主戰派並沒有找到解決主和派提出的問題的根本辦法，但卻找到一個回避“找不到”與“打不贏”這兩個問題的戰術——誘敵深入圍而殲之——反過來讓匈奴長途奔襲，而自己以逸待勞。加上劉徹一開始就給這次辯論定下了主戰的調子，主和派就不好繼續唱對台戲了。於是辯論會的議題轉為討論如何實施馬邑之謀。在這個議題上，雙方倒是很快達成了一致。
於是，聶壹先帶著貨物到長城外與匈奴交易，然後疏通關係拜見軍臣單於說：“我有辦法可以使大王不費吹灰之力占領馬邑城。”軍臣單於覺得很奇怪，就問聶壹：“你是個商人，怎麼能讓我輕易占領馬邑城呢?”聶壹回答：“我們走私商人組織了一個幫會，成員遍布馬邑城；現在馬邑城的官員用各種手段打壓我們，我們隻要殺了馬邑城的官員，就可以拿下馬邑，大王隻要派兵火速接應，就大功告成了。事成之後，隻要大王在貴國給我們這些人立足之地就行了。”軍臣單於利欲熏心，馬上就答應與聶壹合作。但他怕其中詐，就先派幾個心腹跟聶壹到馬邑去，隻等聶壹動手，就發兵接應。
聶壹回到馬邑，暗地裏讓馬邑的官員殺死幾個囚犯，把人頭懸掛在城門上，然後哄騙匈奴的使者說：“我已經把馬邑城官員的人頭懸掛在城門上了，你們趕緊去通知單於派兵火速接應。”匈奴使者飛也似的向軍臣單於報信去了。
軍臣單於一聽使者的彙報，便興衝衝地帶領著十萬匈奴騎兵前來接收馬邑城。
劉徹則按計劃在馬邑附近的山穀裏埋伏了三十多萬大軍，衛尉李廣為驍騎將軍，太仆公孫賀為輕車將軍，大行王恢為將屯將軍，太中大夫李息為材官將軍，禦史大夫韓安國為護軍將軍。韓安國擔任總指揮，王恢和李息則負責在戰鬥打響後，襲擊敵後運輸輜重的任務，隻等單於領兵自投羅網。
軍臣單於三步並作兩步，很快就進入漢朝邊界到了距離馬邑一百多裏的武州(今山西左雲縣南)地區，軍臣單於見前麵就是山嶺地區，不由得放慢了腳步。他向四周看了看，隻見草地上有許多牛馬在安閑地吃草，但反常的是竟沒有一個人影。原來漢軍將領為了讓單於上當，除在馬邑城高掛幾顆頭顱外，還在城外百餘裏的地方散放畜群，以製造太平假象；但為了人員安全，就不派人看管這些牛馬，結果弄巧成拙，反而讓軍臣單於產生了疑心，他喝令自己的十萬騎兵全部都停止前進。
軍臣單於疑心重重地望著前麵的山嶺地帶，他決定抓個漢人問問情況，他命令手下帶兵猛然撲向不遠處的一個亭堡。亭堡是瞭望敵情、聯絡消息用的。每一百裏有一個亭堡，由亭尉和一些士兵把守。那亭尉已經接到軍令，隻等匈奴軍隊經過亭堡進入馬邑的伏擊圈，就放烽火預警讓伏兵做好戰鬥準備。
軍臣單於沒費力氣就攻下了亭堡，抓住亭尉，他拿出刀架在亭尉的脖子上，嚇唬他說：“你把實際情況老老實實地告訴我，我會重重賞你；要是你敢撒半句謊言，我便砍掉你的腦袋。”
那個亭尉貪生怕死，還以為軍臣單於已經知道了伏擊計劃，馬上就把漢朝軍隊的計劃和布置全盤供了出來。軍臣單於一聽，嚇出一身冷汗，慌忙蹦了起來，他大叫道：“我本來就覺得有些不對勁，但沒想到這裏麵竟然隱藏著這麼大的陰謀。”他立刻下令全軍火速撤退。直到匈奴的十萬大軍策馬狂奔逃回自己的邊界上，軍臣單於這才緩了口氣，他心中暗自慶幸，對臣下說道：“我得到亭尉，真是上天保佑。上天派亭尉向我傳話，我不能不重賞他這個天使。”軍臣單於因此封那個亭尉為“天王”，借此神化自己是天之驕子。
這時王恢按計劃帶三萬人抄出代郡，從北邊迂回準備截斷匈奴的退路，攻擊匈奴的運輸部隊。誰料匈奴大軍進到武州就撤退回去，眼看功敗垂成，王恢不禁捶胸頓足仰天長歎。他領著三萬人馬怎敢和軍臣單於十萬騎兵對抗呢?為了保全自己和軍隊，他不敢追擊匈奴，眼睜睜看著匈奴大軍逃走了。
韓安國帶領著二十七萬人馬在馬邑周圍埋伏苦苦等候，到頭來卻等來匈奴大軍逃回去的消息；韓安國擔心王恢孤掌難鳴，急忙臨時改變計劃，率領大軍追了上去。他們追到邊界上，沒見到匈奴兵的影子，隻見到王恢率領三萬人馬無精打采地往回走。韓安國隻好垂頭喪氣地帶領大軍空手而還。
這是劉徹下決心對匈奴的第一次大規模動武，結果卻徒勞無功，這令劉徹非常惱火，就要追究當事人的責任。劉徹責問王恢：“你為什麼違反軍令，不僅不狙擊敵人，而且也不攻擊匈奴的運輸部隊?”王恢辯解說：“我不敢違反軍令。按當初約定，等到匈奴進入馬邑城，埋伏的軍隊包圍單於主力以後，我負責攻擊匈奴的運輸部隊，這樣才有獲勝的把握；但是單於識破了我們的計劃沒有進入馬邑城，十萬精銳的騎兵一起撤退，我這三萬人怎麼能敵得過他的十萬精兵呢?如果自不量力硬去以卵擊石，兵法所謂‘小敵之堅大敵之擒也’，隻會自取敗辱甚至全軍覆沒。我知道我這樣做回來是要被斬首的，但我為陛下完整地保存了這三萬將士。希望陛下考慮到這一點能對我從輕處罰。”劉徹於是把王恢交給廷尉治罪，廷尉判他怯陣避敵，應當問斬。王恢暗中送了千斤黃金給丞相田蚡幫自己開脫罪責。田蚡不敢直接向劉徹求情，隻好間接找太後王娡幫忙：“王恢最先倡議馬邑設圍，如果成功了，對江山社稷不是一件天大好事嗎？現在因為意想不到的原因失敗了，就因此殺掉他，這是替匈奴報仇啊!軍臣單於知道王恢被殺一定會非常高興的。”劉徹朝見太後時，太後就把田蚡的話轉告劉徹。劉徹一聽就知道這是田蚡的話，認為王恢在通過田蚡來影響自己，而田蚡又在通過太後左右自己，就更加惱火，他要證明自己說了算，就拒絕了太後幹預：“最初倡議馬邑計劃的是王恢，所以我不惜發動天下數十萬將士，按照他的計劃去出擊匈奴，結果卻徒勞無功，難道他不該承擔責任嗎？況且，即使這次抓不到單於，如果王恢率領的部隊突擊匈奴的輜重，也能獲得一些戰果，聊以安撫將士之心；但王恢卻眼睜睜地放單於逃回去，現在如果不殺王恢，就無法嚴整軍紀，無法向天下人謝罪。”王恢在獄中知道消息後，心裏直罵劉徹冷酷無情，他知道自己已經沒生路，被迫無奈地在獄中自殺了。
曆史不能假設，但假設一下曆史能更好地汲取教訓——馬邑之謀的失敗表明劉徹君臣戰術思想與戰略思想都不夠成熟。
從戰術層麵來分析，劉徹君臣明顯未悟透瞞天過海的道理——常見則不疑，陰在陽之內，不在陽之對——因為習以為常的現象才不會令人產生懷疑，秘密應該隱藏在平常的現象中，而不應暴露在反常的現象中。假設劉徹君臣安排李廣帶領幾個神射手騎著良馬裝扮成牧人，等單於率大軍出現時且戰且退，就一定能將匈奴大軍引入圈套。
從戰略層麵來分析，劉徹君臣明顯連攻與防的戰略都未準備好——劉徹君臣將全部希望寄托在一個陰謀中，幻想畢其功於一役，並未為解決匈奴問題製訂成熟的戰略——馬邑之謀不管是成功還是失敗，都必然會引發匈奴的報複；而要應對匈奴的報複，不僅要做好防禦的準備，而且終究要解決如何進攻匈奴的問題。因此，當馬邑之謀失敗後，劉徹君臣麵對匈奴的報複，隻有招架之功，沒有還手之力，很長時間處於被動挨打的局麵。
馬邑之圍雖然沒能取得成功，但這是劉徹抗擊匈奴的一個前奏；從此之後，漢匈雙方正式撕開了溫情麵紗，宣告和親關係徹底破裂。匈奴不斷派兵南下攻擊漢軍扼守大道的要塞，侵入邊境踐踏莊稼，掠奪財物和人口，從此漢朝邊境一直沒有安定之日。但是匈奴在經濟上對漢朝仍有依賴性，他們喜愛漢朝的產品，貪圖邊關上公開交易的利益。劉徹雖然對匈奴的騷擾憂心忡忡，但是為了爭取較多的備戰時間，他沒有中斷和匈奴的邊市貿易，而且利用這個條件，從匈奴購進一部分馬匹，充實了軍需之用。因此雙方依然保持著貿易關係，類似今天所謂的政冷經熱。
最重要的是，馬邑之圍的失敗，使劉徹深深地意識到：人才的匱乏，使自己雖有淩雲壯誌，卻無衝天羽翼。
因此，劉徹求賢若渴，不遺餘力不拘一格地搜羅可以幫助自己大展鴻圖的人才，而那些因循守舊的老臣被逐漸淘汰就無可避免了。在這個新老交替權力轉移的過程中，衝突與悲劇同樣是無可避免的。