汉武帝在军事方面非常成熟，能够经济高效地使用军事力量，就像有的人善于理财一样，汉武帝善于理军，军力是他的资本，用得理性、经济、实惠。汉武帝本身就是一个高超的军事谋略家、指挥家，在这方面的能力已经超过了汉高祖。为了抗击匈奴可以派出使节张骞常年游弋在敌后分化瓦解敌人，战术上有敢死队的穿刺突袭，也有重兵的长途奔袭，大兵团的围歼，重要的是汉武帝并不依靠一位韩信式的军事主帅，他本身就是主帅，卫青、霍去病都是麾下的大将，宏观战略布局常由汉武帝亲自操刀。
在处理南越问题上，刘邦、刘恒用安抚善待的方式，柔性的原则在当时的条件下不失为上策。吕后在对待南越问题上无疑是失败的，吕后是一个伟大的政治家，刚毅果断，但晚年对南越问题并没有更多的前瞻性考虑，当由于误解而造成赵佗反抗时，失去理性派中原地区的中央部队在炎热的盛夏远征闷热的岭南，结果瘟疫流行士兵厌战，此举对汉朝的伤害远远大于对南越的伤害。而汉武帝面对的局势远远比吕后和文景时代更为严峻，但几乎没见到汉武帝焦躁不安无计可施的情况，他总是给人一种有所准备的感觉，他的思考远远高于他的文臣武将，但他不会苛求属下，史书中经常可以看到他对臣下的言行“壮其行”“大喜”“大悦”的记录。这不是伪装的度量，是自然的对优良一面的关注和赞赏，他对自己和对别人都是这样的态度，所以他和他欣赏的人都将优秀的一面发挥得光芒四射。汉武帝时，文臣武将能人异人都活得很纯粹，争先恐后把自己的才能发挥到极致，“汉之得人，于此为盛！”这是一个有先秦之风的时代。汉朝周边的政权主体在汉武帝时代想要独善其身是很困难的，匈奴、西域、南越、西南夷、朝鲜莫不如此。
如果把汉武帝平定岭南作为一个独立的战役分析，足见其战略之能，如同豹子猎杀猎物一般的耐心和迅猛。
公元前135年闽越事件平息，南越王赵胡感激涕零送太子赵婴齐入朝为质，汉武帝在赞叹赵胡忠义的同时接受唐蒙建议从蜀地进入西南夷，打通出奇制胜征服南越的道路。
公元前135年至公元前122年汉武帝渐渐轻慢南越。公元前133年至公元前117年汉武帝在北方东西长达万里的战线上反复冲击匈奴，直至击散强大的匈奴帝国。如果南越仍如赵佗时代与匈奴并称“北强南劲”，汉武帝也不敢以倾国之力屡次与匈奴大战，但赵胡的懦弱无为让汉武帝在控制北方局势后可以从容解决南越问题。
公元前122年至公元前113年赵婴齐越发昏庸无能，汉朝朝野已经毫无顾忌地蔑视南越，让南越以一个外臣藩属国身份存在似乎是对南越过分的宽容，汉武帝多次通知赵婴齐入朝以便将其扣押使南越内附。
从赵婴齐时代起，汉武帝在做出军事部署的同时一直在尝试用成本最低的方式占有南越国60万平方公里的领土。南越国王虽然是中原人后裔，但赵佗80年的经营使南越王在岭南地区享有极高的威信，南越王不同于闽越王，闽越王可以随时被族人杀掉替换，而控制南越王就几乎制服了南越。赵胡将储君赵婴齐主动送到汉朝为质，四代国王赵兴又出生在中原，母族在汉朝为官，这些都为汉武帝直接控制南越王创造了条件。总之，以迫使南越王主动内附为主，以军事打击为辅是汉武帝的制越韬略。
赵婴齐以浑然耍赖的方式直到死去也不敢再入朝，赵婴齐死后年幼的赵兴继位，汉武帝仍想通过控制南越王的方式取得南越，因为赵兴年幼，他的强势母亲对决定是否入朝和内附就很重要，安国少季与樛氏有旧情，通过安国少季影响与汉朝没有直接联系的樛氏进而影响赵兴，是汉武帝的计划。
公元前113年下半年汉武帝派出安国少季、终军带领的首批使团。最初投入的成本非常之少，安国少季、终军的使团也就一二十人，初步的成效很显著，赵兴很快主动上书内附。安国少季与樛氏的秽行引得当时及后世无数人的厌恶愤慨，千古以来宫闱之中男欢女爱出格的事情比比皆是，但史家和世人都是略加调侃鄙夷而已，因为这只是个人道德问题，受影响的是有限的人群。但安国少季千里迢迢来岭南与来自中原毫不爱惜南越的樛太后几乎公开地通奸，在通奸时公然商量如何出卖南越国，羞辱南越全国，就令人愤慨了。用龌龊卑鄙的方式取得一时成功终被人们所鄙视，樛氏为了毁灭南越国不仅连自己儿子、兄弟的性命都搭进去了，同时代的官方修史代表司马迁给予的评价是“其后亡国，徵自樛女”，樛氏和赵兴是所有卖国者的警示。之后岭南地区的史学家，无论是否与南越人有血缘关系，评南越历史每到此处都无不愤慨，清代史学家顺德人梁廷枏甚至认为汉武帝是故意使用这样阴损的计策让安国少季来干这种恶心的事情，让国人讲樛氏的闲话使樛氏羞愧不安，更加想让南越国内附。或许梁廷枏误解了汉武帝初衷，但这的确成为汉武帝一代雄主谋略天下的一个污点。
公元前112年四月汉武帝派出韩千秋、樛乐带领的第二批使团。这次汉武帝又增加了一点成本，让韩千秋和樛乐带两千士兵继续出使，途中吕嘉获悉后处死了安国少季、终军使团全部成员以及樛氏和赵兴，韩千秋和樛乐的使团立刻转化为征伐部队进攻南越，被吕嘉诱敌深入后全歼。汉武帝并没有为两批使者的死愤怒，或许这在他的预料之中，是取得岭南的代价。第二批使团悉数阵亡消息传到皇宫后，实际上天下无敌的汉武帝不是直接派大军铁骑征伐，而是向天下发布了一个特别的赦免诏书。
诏书说：“当天子宽仁势弱的时候，强势的诸侯示强称霸，在春秋时就因为这样有人讽刺人臣不为君主着想去讨伐反贼。现在吕嘉、赵建德等人杀害汉使公然反叛，毫无顾忌地自立自封与汉朝对抗，在这重要的时刻我赦免天下服刑的罪人，命令他们和长江、淮河以南的楼船水师十万人前往讨伐叛乱的南越。”汉武帝不动用他的精锐部队中原士兵而是派江淮的水军出战，既是保护北方安全也顾及北方士兵对岭南水土不适应，而将服刑的罪人派到前线也是极其经济的用兵。这份赦免和发兵的诏书还是一份巧妙的动员令，以朝廷需要保护的姿态唤起各界自愿地勤王。
很快就有人积极响应，担任齐国相国的卜式上书请求率军赶赴南越前线，卜式是一个很特别的人，他治家、治民的思想都来源于对牧羊经验的总结。卜式上书说：“臣听说让君主为难受难的臣子应以死谢罪。群臣应该誓死捍卫君主和国家利益，最窝囊无能的人也至少应出钱资助军需，这样才能让国家强大不受侵犯。现在南越反贼威胁大汉王朝安危，我愿意和儿子带领临甾地区（今山东淄博）的弓箭勇士们与博昌地区（今山东滨州）的驾船勇士们组成敢死队奔赴战场，作为臣子我们将誓死捍卫天子和朝廷。”汉武帝很感激他的大义贤明，特别下诏说：“朕听说以德报德，以直报怨是让人敬佩的品行。现在天下不幸，是多事之秋，朝廷要应对很多的困难，但是各郡县诸侯中还没有奋激而起、为朝廷排忧解难的人。齐相卜式素来人品端正深明大义，当初亲自耕种、畜牧，积累了一定的家产，他经常将自己辛苦积累的东西分给兄弟们，自己再去创业，从来没有计较过利益的得失。之前在北部边境调军抗击匈奴的时候，卜式就上书出钱赞助官军军需。往年西河发生灾荒，卜式又率领齐国人送粮赈灾。今天又是他首先奋起保卫朝廷，虽然还没有交战，我们都感受到了他为国的赤诚忠义之心。卜式的义举令人感动，封卜式为关内侯，赐黄金四十斤，田十顷，布告天下，号召天下都学习卜式的忠心义举。”一时间天下纷纷响应，当时汉朝赐封的列侯数以百计，对于不积极响应支持征伐南越的列侯，汉武帝又以此为理由免去其侯位。
武帝元鼎五年（公元前112年）秋，长安出现青蛙与蛤蟆大规模群斗的现象，占卜者称这是南方有战事的征兆。[32]从这一年起，共有六路大军征伐南越国：
第一路伏波将军路博德，率兵从桂阳（今湖南郴州至广东连山），直下湟水，目标番禺城；
第二路楼船将军杨仆，率兵走豫章郡（今江西南部），直下横浦关，目标番禺城；
第三路戈船将军郑严，率兵走零陵（今湖南永州地区），直下漓水，目标番禺城；
第四路下濑将军田甲，率兵走零陵，直抵苍梧，目标番禺城；
第五路驰义侯何遗，率兵出夜郎，直下牂柯江，目标番禺城；
第六路东越王邹馀善，率兵出闽越（今福建南部），直抵揭阳，目标番禺城。
六路大军第一、三、五路走水路，第二路水陆并进，第四、六路走陆路。(www.xing528.com)
伏波将军、楼船将军、戈船将军、下濑将军是汉朝时根据将军个人能力给予的封号，第一位伏波将军是路博德，另一位在岭南扬名的伏波将军是平定征侧、征贰的马援。
南岭是岭南地区与岭北地区的自然分界线，横浦关和阳山关、湟溪关是秦汉时期岭南与岭北交通线上著名的三大关隘，是中原进入岭南的陆路。珠江水系由东江、北江、西江组成，三江发源于岭北的江西、湖南、贵州、云南，是进入岭南的水路，三江自成一体又有发达的支系，尤其是西江流域流经西南夷及南越中西瓯人绝大区域。这次征伐岭南利用珠江水系展开呈扇形攻势，通过攻陷南岭主要关隘，由水路并进围攻南越国首都番禺。
以下是六路大军由西至东的进攻路线部署。
西线有三路大军，以西江为通道进攻，中途汇合点为苍梧，经西江到达番禺城下。
其中：第五路军由牂柯江出发，进入西江直达番禺城。这条水路约1500公里，贯通了由巴蜀经西南夷到岭南中心的通道。第三路军与第四路军在零陵集结，然后兵分两路。第三路军走水路沿漓江而下，漓江下段称桂江，在苍梧汇浔江后为西江直达番禺城。这条线路是当年秦始皇开凿灵渠沟通湘江漓江后征服岭南的线路。第四路军从陆路到达梧州后再由陆路进攻番禺。
中线有两路大军，以北江为通道进攻，攻陷南岭三关后到达番禺城下。
其中：第一路军从桂阳出兵下湟水，湟水穿越的是南岭五岭中的骑田岭，布防有南岭三关中的两大关隘湟溪关、阳山关，都有南越重兵据险把守，该路大军需攻陷两关然后经湟水南下，湟水今称连江，是北江最大支流，在英德汇入北江。第二路军从豫章郡出兵攻陷横浦关下浈水，横浦关为水陆双关即今日南雄之梅关与山下浈水关，南越重兵据险把守，该路大军需攻陷横浦关然后经浈水南下，浈水是北江东源，北江直达番禺城下。
东线有一路大军，由闽越出兵在揭阳集结，由榕江入海，沿海路进攻到达番禺城下。
南越国的主要兵力布防在横浦关、阳山关、湟溪关三关和北江沿途的峡谷、要塞之处。战争从汉武帝元鼎五年（公元前112年）秋激战至汉武帝元鼎六年（公元前111年）冬，主要的战役有横浦关守卫战、阳山关守卫战、湟溪关守卫战、寻陜阻击战、石门阻击战、番禺保卫战。
六路大军进攻情况不同，第一、二、三、四路拥有中央王朝赦免的罪犯军人和江淮水师共十万人，由路博德分给四路分别出兵，第二路是精锐部队。第五路是巴蜀罪人及准备调集的夜郎兵。第六路是东越王自带的闽越士兵八千人。
第一路大军由伏波将军路博德率领，路博德是霍去病麾下的大将，在对匈奴的战争中立过战功，被封为邳离侯，霍去病死后回朝，官职为卫尉，位列九卿之一。路博德在对匈奴的战争中扬名，在安国少季和终军出使时汉武帝派路博德在桂阳屯兵接应，南越人多听说过他的大名。在此次征伐中路博德被封为伏波将军，为前四路大军的召集人，分兵四路后路博德率领第一路军从衡山进攻湟溪关、阳山关，遭遇南越阻击，攻克后经过连江到达番禺城下，此时已经历时一年多，路博德所率领的完全由赦免的罪犯组成的第一路军数万人，到达番禺城下只剩下一千人左右。虽然战斗激烈损失惨重，但或许由于在匈奴战场见惯了杀戮，路博德在征越之战中没有过分地残杀南越人。司马迁在《史记》中给予了“伏波困穷，智虑愈殖，因祸为福”的评价，意思是路博德在平南越一战中，虽不及杨仆刚锐争先，但处于艰难困苦环境中能宽厚待物，深谋远虑，计划周全，因而转祸为福，最终立功受赏。征服南越后路博德又转赴对匈奴战场，在居延海屯田守卫。
第二路大军由楼船将军杨仆率领，杨仆不是武将出身，在治理地方事务方面能力很强，由河南太守推荐而升为御史，派到关东（函谷关以东）去督捕盗贼。他治理政事仿效尹齐（西汉大臣，以清廉果断严酷著称），做事刚猛而有胆量，逐渐升为主爵都尉，位列九卿之中。在征服南越战争时，他被汉武帝任命为楼船将军，因有军功被封为将梁侯。后来在征服朝鲜战争中与另一位主帅荀彘冲突而被贬为庶人。在征服南越战争中杨仆对士兵极其苛刻，大量屠杀战俘，对南越人极其残忍。司马迁在《史记》中给予了“楼船纵欲，怠傲失惑”的评价。
杨仆率领的第二路军是征越主力，最为艰苦的战役均由杨仆军完成。按战略部署第二路军出豫章郡，下浈水，会师番禺。元鼎五年（公元前112年），杨仆按规定路线到达豫章后，溯赣江而上，经南康至南安，为梅岭所阻，全师弃舟登岸从陆路强攻梅岭横浦关。吕嘉在此设有重兵，经过激烈的横浦关守卫战，杨仆击溃南越守军越过梅岭，占领浈、凌两江交汇处横浦水关，然后伐木造船，再建造楼船水师沿北江而下。在北江寻陜（《汉书》称作“寻陿”，“陜”、“陿”都是“狭”的异体）进行了激烈的战斗，寻陜是始兴南三百里北江峡谷中的一处军事要塞，北江自英德到清远段有三处峡谷，依次为中宿峡、大庙峡、浈阳峡，两岸山峦险峻，连绵数百里，正所谓长江三峡其险在滩，北江三峡其险在峡。其中大庙峡最为险峻，该峡段江水蜿蜒湍急，前后有伸入江中的两座小山峰，分别名叫“眠羊”、“狮子”，船家经过此段都提心吊胆，歌谣唱道：“朝见眠羊，估客烧香；暮见狮子，艄公化纸。”在大庙峡险峻处，赵佗依山水之势设置了军事要塞寻陜，部署上万人马镇守。[33]经过激烈的寻陜之战，杨仆大军攻陷了寻陜要塞，顺江而下直扑番禺城，在番禺城外展开了石门决战。石门在番禺城西北约三十里的北江支流中，和今日佛山南海市交界。该处两山对峙，夹石如门，当太阳升起的时候，红霞光映，风景幽绝。两岸另有小山伏叠，皆高百许尺，至石门处，江口狭隘。吕嘉在此设置了番禺城外最主要的军事要塞，南越军将大石堆积在江中，设置阻止楼船行进的设施，在石门一带云集了南越大量战船。杨仆楼船大军到达石门后与南越军展开了生死决战，南越军占据险要顽强阻击，但未能挡住杨仆数万楼船大军的猛攻，石门决战南越军战败[34]，大量战船、辎重粮草被杨仆军缴获，南越残军退守番禺城。
第三、四路军由戈船将军郑严、下濑将军田甲率领。郑严、田甲都是南越国叛将，在吕嘉、赵建德杀掉汉使通令南越诸州郡抗汉后首先率部降汉，汉武帝封他们为归义侯，让他们在越人中挑选善于骑射的士兵组成“越骑隶”，征越战争开始后汉武帝又封郑严为戈船将军，田甲为下濑将军。路博德将十万大军兵分四部，他们各得一部，在零陵集结，然后兵分两路，戈船将军郑严率第三路军走水路沿漓江而下直达番禺城，下濑将军田甲率第四路军从陆路到达苍梧后再由陆路进攻番禺。两名南越降将都受到了南越军的顽强阻击，田甲急于向汉朝表功，苛待手下士兵引起厌战情绪，两名降将的推进速度缓慢，等到他们赶到番禺城时，路博德、杨仆已经将番禺城攻陷。
第五路军由驰义侯何遗率兵出夜郎，直下牂柯江，目标番禺城。驰义侯何遗是越人，但不是南越降将，此前汉武帝派唐蒙出使西南夷已经与各国和部落首领达成听从汉帝调遣的协议，并设置了汉朝的行政机构犍为郡。征越战争开始后汉武帝就命令驰义侯何遗通过犍为郡调集西南夷的军队随其征伐南越国，但是夜郎联盟部落的成员之一且兰部落（今贵州福泉县等地）首领担心自己部落青壮年都随汉军远征后，附近部落会乘机掠抢且兰部落的老弱妇孺，于是他反对出兵并且率众发动叛乱，杀死汉王朝的使者和犍为郡太守。在这条进攻线路上，汉武帝部署了三部分兵源组成第五路大军，分别是：赦免的巴郡、蜀郡的罪犯，八校尉所部（即城门、中垒、屯骑、步兵、越骑、长水、射声、虎贲八校尉所部，其名为保卫京师，亦可调用出征），夜郎国诸部落联军。由于夜郎国诸部落拖延，出兵较晚，后来八校尉就率领所部及巴蜀罪人沿牂柯江而下，途中传来了且兰部落叛乱的消息，同时也传来了南越国都已经攻陷的消息，八校尉于是决定不再南下岭南而是返回平叛。八校尉中的中郎将郭昌、卫广率领所部返回击溃既造反又隔绝汉朝通往滇国道路的且兰部落，杀人数万，将其地设置为汉朝牂柯郡。接着又攻破其他西南夷部落，杀部落首领邛君、莋侯，在西南夷部落地区设置了越嶲郡，郡治邛都（在今四川西昌东南），沈黎郡，郡治苲都（在今四川汉源东北），文山郡，郡治汶江（在今四川茂汶北）。西南夷正式纳入汉朝版图，原本用来进攻南越的第五路大军乘机征服了西南夷的广大区域。
第六路大军是东越王邹馀善率领的八千闽越兵。从吕嘉、赵建德与汉朝决裂开始，东越王便再次暴露出闽越反复无常的本性。汉武帝号召天下征讨南越，卜式等人上书请战，东越王邹馀善也请求率八千闽越子弟跟随杨仆征越，汉武帝同意其成为进攻南越的第六路大军。但是他领兵到达揭阳后又犹豫不决，可能认为朝廷未必能够顺利战胜南越，就暗地里与南越国联络，以风浪大无法行船为由，陈兵揭阳而不前，杨仆因此对东越王邹馀善的反复无常恨之入骨。
当汉军攻破番禺城后，杨仆就上书汉武帝要求率军讨伐东越，汉武帝认为远征一年多士卒很劳累，没有答应，命令罢兵，但部署一定军队在梅岭待命。第二年（公元前110年）秋天，馀善听说楼船将军杨仆曾请求讨伐他，而且汉朝军队就驻扎在边境地区，随时可以进攻东越，于是先下手为强，发兵占据汉军通向东越地区的道路，封将军邹力为“吞汉将军”，突然进攻白沙、武林、梅岭三处驻军点，杀死汉朝的三个校尉将军。汉朝所派遣的大司农张成、原山州侯齿带兵屯驻在附近畏战不敢出击，馀善就自刻“武帝”玺印自立为帝。汉武帝再次派五路军马进攻东越：横海将军韩说从句章（今浙江宁波）出兵，渡海从东方进攻；楼船将军杨仆从武林（今浙江杭州）出兵；中尉王温舒从梅领出兵；戈船将军郑严从如邪（今浙江绍兴）出兵；下濑将军田甲从白沙（今浙江建德）出兵。元封元年（公元前110年）冬各路兵马都攻入闽越。
原闽越衍侯吴阳此前在汉朝，汉朝派他回去劝说馀善，馀善不听。等到横海将军韩说率军到达东越时，吴阳便带领他封邑中的七百人反叛馀善，进攻在汉阳城的闽越军队。又由原闽越建成侯敖与繇王居股策划，一起杀了馀善向横海将军投降。两次面对汉朝的进攻，闽越人都以杀掉自己国王解决危机，馀善杀其兄投降，现在又轮到族人杀了他投降。汉武帝对进攻东越的汉朝大将和杀死东越王馀善的几个东越贵族封侯奖赏，然后以“闽越之地狭窄而多险阻，闽越强悍，反覆无常”的理由下令军吏把闽越人迁徙到江淮之间，闽越故地变得人烟稀少。闽越反复无常的习性不仅牵连了南越国，也使其自身毁灭。
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