到秦军装备先进，人数又占优势，与之正面对抗，自己丝毫占不到便宜。于是派太子冒顿率领三万人马，企图绕过秦军正面，攻击其后方的补给线，如果粮道被切断，则秦军不战自溃。

冒顿领命之后，派出大量探马，不久冒顿就发现，蒙恬此次率领的秦军是沿着长城一线自东南向西北进攻的，步步为营，其补给线非常之短，不管秦军大军走到哪里，都可以从长城一线得到快速的给养补充，因此才能时刻保持强盛的战斗力。

但冒顿即已领命，不得不率部进攻长城沿线的秦军，以求突破其防线，切断秦军粮草。

然而匈奴军刚一出击，就遭到了驻守在那里的秦军的迎头痛击。原来蒙恬早就料到匈奴肯定会故伎重演，侵犯秦军粮道，因此特别在长城沿线布置了大量军队，依靠长城阻击匈奴骑兵。

冒顿几次进攻之后，见无法突破，不得不率部转移到阴山之地。

恰在此时，王离率领的十万秦军也已经到达阴山，正准备从后方对匈奴发起突然袭击，配合正面进攻的蒙恬军，彻底消灭匈奴主力。

冒顿探马无意之中发现了王离率领的秦军，迅速回报冒顿，冒顿大惊，连忙派人去禀报头曼单于，而自己率领三万余众，展开阵势阻击王离军。冒顿清楚凭借自己手中的三万人马，是无法与秦军正面冲突的，此时他只能设计稳住局势，等待大军到来。于是他命令军中展开所有旗帜帐篷，摆出匈奴军主力的架势，恐吓秦军。

王离此时也发现了冒顿的匈奴军，但是他不清楚是否面对的是匈奴主力，由于自己手中多是步兵，虽然有十万之众，但也不敢贸然出击，遂下令摆开阵势，开始与冒顿军对峙。

头曼单于得到秦军已经进入阴山的消息，大惊失色。此时，匈奴军前后都有大股秦军，南面又有长城阻隔，无法突破，头曼单于分析形势后下令全线往北撤退。

冒顿接到命令后，命匈奴军连夜逃往漠北，驻地所有的旗帜帐篷一概不准动，仅留下几个老弱之兵每到饭点就生起烟火，迷惑秦军。

数日之后，王离派小股秦军试探，才发现匈奴大军早已逃走。遂带军与蒙恬军合兵与阴山之下。

秦军连战连捷，给予了匈奴巨大的打击。头曼单于被迫退出了阴山和贺兰山高地，北撤七百余里，退到阴山以北的漠南一带游牧。