漢武帝提供了正反兩方面的意見。最終劉徹採納了王恢的建議。為了確保打贏這一仗，漢武帝任命韓安國為護軍將軍，衞尉李廣為驍騎將軍，太僕公孫賀為輕車將軍，王恢為將屯將軍，太中大夫李息為材官將軍，統率 30 多萬大軍，埋伏在馬邑附近的山谷中，等着匈奴單于“上當”。而另一邊，聶壹成功忽悠了匈奴大單于，欺騙匈奴單于軍臣説：“我能殺死馬邑縣的縣令和縣丞，獻城歸降，把全城的財物都獻給大王。”軍臣信以為真。到約定的時間，聶壹斬殺了幾個死刑囚犯，然後按照事前與匈奴約定的信號，把他們的頭懸掛在城樓上，向匈奴使者表示馬邑的地方官已被殺死，可以遵約前來。於是，軍臣親自率領十萬騎兵來接收馬邑。
匈奴大軍進入漢朝的邊界，到達武州塞。離馬邑還有一百多裏時，只見牲畜遍野，卻沒有一個放牧的人。軍臣起了疑心，派人攻打附近的一個亭堡，俘虜了雁門郡的尉史。尉史貪生怕死，供出漢軍的誘殲計劃。軍臣一聽，大吃一驚，立即下令撤退。漢軍得知匈奴騎兵撤退的消息後，已追趕不上了，只好全軍撤回。
王恢帶領三萬兵馬從代地出發，在匈奴兵撤退的必經之地埋伏準備襲擊匈奴的輜重，忽然聽到匈奴撤軍，氣得暴跳如雷。此時王恢只有三萬軍隊，匈奴卻是十萬軍隊，由於匈奴人多勢眾，他不敢貿然追擊，斟酌再三後選擇了放任匈奴大單于撤退，王恢悻悻而歸。作為這個計劃的提出者和執行者，王恢在關鍵時刻痛失了打擊匈奴的良機，使整個計劃竹籃打水一場空，正可謂“成也王恢，敗也王恢”。
漢朝大軍回來後，一心想畢其功於一役的漢武帝萬分震怒。一氣之下，他將王恢下了監獄。感到百般委屈的王恢託人找太后求情，卻無果，王恢聽説後，就在獄中自殺了。
“馬邑之謀”是漢匈關係的一個轉折點。自此，兩家徹底撕破了臉，再無“和親”換“和平”的可能。漢武帝也徹底拋棄了自高祖開國延續幾十年的和親國策，重新選擇了以武力征討穩定邊防的戰略，為接下來衞青、霍去病等一大批年青將領提供了建功立業的難得機遇，也將平城推到了漢匈長年征戰的歷史前沿。
這個故事發生在西漢時期，馬邑之謀又稱馬邑之戰、馬邑之圍。漢武帝元光二年(公元前133 年)，西漢謀劃的對匈奴的一場誘敵圍殲戰，結果被匈奴識破，並沒有成功，史稱“馬邑之謀”。
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