东汉章和二年，漠北的北匈奴接连遭遇内乱与蝗灾，国力急剧衰微，南匈奴单于趁机上书汉廷，请求出兵共击北匈奴，彻底终结延续数百年的北方边患。原本因犯下重罪被囚于宫中、等待论罪处死的窦宪，主动上书请求戴罪出征，朝廷正苦于没有合适的统兵将领，便顺势任命他为车骑将军，率领汉军及南匈奴、羌胡、乌桓组成的联军踏上了北伐的征程。
永元元年六月，窦宪统率八千汉军精锐骑兵，会合南匈奴三万余骑、羌胡八千余骑，带着一万三千余辆辎重车，分三路杀出边塞，各路大军最终会师于涿邪山。他没有选择和此前汉军出塞那样步步为营、缓推进，而是抓住北匈奴主力尚分散的战机，派出万余精锐骑兵长途奔袭，直扑北匈奴单于驻扎的稽落山王庭，打了北匈奴一个措手不及。
稽落山一战，北匈奴主力被彻底击溃，汉军阵斩北匈奴名王以下一万三千余人，缴获各类牲畜百万余头，先后有二十余万北匈奴部众放下武器归降。窦宪没有满足于眼前的战果，他督军继续向北穷追猛打，一路越过安侯河，深入漠北腹地数千里，直到登上燕然山的山脊才勒住战马。他命随行的史学家班固撰文刻石，在燕然山顶留下了震古烁今的《燕然山铭》，将这场远征的功绩刻入山石，向天地与后世宣告汉军的兵威。
北匈奴单于带着残部向西仓皇逃窜，窦宪深知不彻底摧毁北匈奴的根基，边患迟早会卷土重来。次年他就派出偏师袭取伊吾城，彻底切断了北匈奴与西域的联络通道，随后又派骑兵夜袭北匈奴临时设立的单于庭，再次重创北匈奴残部，迫使单于带着仅剩的亲信远遁阿尔泰山一带。永元三年，窦宪派出汉将耿夔，率领八百精锐骑兵出居延塞，深入漠北五千余里，在金微山发起最终决战，一战歼灭北匈奴剩余主力五千余人，北匈奴单于从此率残部彻底西迁，再也没能回到漠北故地。
经窦宪连续三年的远征作战，延续了数百年的汉匈战争彻底宣告终结，北匈奴在漠北的统治完全瓦解，东汉王朝的北方边境迎来了长期的安定。这场远征不仅让东汉的疆域声威远播塞外，更引发了横跨欧亚大陆的历史连锁反应：西迁的北匈奴部族一路辗转进入中亚与欧洲，最终推动了欧洲大陆的民族大迁徙，深刻影响了后续欧亚大陆的历史走向。
窦宪虽因后期专横跋扈、权倾朝野最终被汉和帝清算，但他统领汉军完成的这场漠北大远征，依然是中国古代军事史上远程奔袭作战的经典范例。燕然勒石的功绩，也和此前的霍去病封狼居胥一同，成为后世武将建功塞外的最高精神象征，被历代史书反复记载，流传千年。
