卫青派长史送给李广干粮和酒，顺便向李广、赵食其询问迷路情况，卫青要给汉武帝上书报告军情。李广没有回答，卫青派长史急令李广幕府人员前去受审对质，李广说：“校尉们无罪，是我迷失道路，我现亲自到大将军幕府去受审对质。”到大将军幕府，李广对他的部下说：“我从少年起与匈奴作战七十多次，如今有幸随大将军出征同单于军队交战，可是大将军又调我的部队走迂回绕远的路，偏偏迷路，难道不是天意吗？况且我已六十多岁，毕竟不能再受那些刀笔吏的污辱。”于是，就拔刀自刎了，李广军中将士都为之痛哭，百姓听到这个消息，不论认识李广否，不论老少都为之落泪。
李广死时，他长子李当户、次子李椒都已经过世，仅留下幼子李敢。李敢当时是霍去病的部下，因立有战功被封为关内侯，听说父亲死讯，认为是卫青任意调离李广，因此打伤卫青。卫青隐藏了李敢的打人不法行为，但卫青的外甥霍去病却不能接受部属殴打自己舅舅，后来在甘泉宫狩猎时射杀了李敢。
李广的孙子李陵，天子以李氏世将，李广墓而使将八百骑，尝深入匈奴二千余里，过居延视地形，无所见虏而还。拜为骑都尉，将丹阳楚人五千人，教射酒泉、张掖以屯卫胡。贰师将军李广利将三万骑击匈奴右贤王于祁连天山，而使李陵将其射士步兵五千人出居延北可千余里，欲以分匈奴兵，毋令专走贰师也。
李陵既至期还，而单于以兵八万围击李陵军。李陵军五千人，兵矢既尽，士死者过半，而所杀伤匈奴亦万余人，且引且战，连斗八日，还未到居延百余里，匈奴遮狭绝道，李陵食乏而救兵不到，虏急击招降陵。陵曰：“无面目报陛下。”遂降匈奴，其兵尽没，余亡散得归汉者四百余人。单于既得李陵，素闻其家声，及战又壮，乃以其女妻陵而贵之。汉闻，族陵母妻子，自是之后，李氏名败，而陇西之士居门下者皆用为耻焉。
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