此后，有汉朝使者到匈奴，李陵对使者说：“我为汉朝领步卒五千横扫匈奴，因无救援而败，有什么对不起汉朝，而要杀我全家？”使者说：“陛下听说李少卿在为匈奴练兵。”李陵说：“那是李绪，不是我。”

李绪原为汉朝的塞外都尉，驻守奚侯城，匈奴来攻便投降了，匈奴单于对他优礼有加，坐次在李陵之上。李陵恨他为匈奴练兵而使自己全家被诛，便派人刺杀了李绪，匈奴的大阏氏知道后，要杀掉李陵，单于把他藏到北方，等到大阏氏死后才放回。

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单于很看重李陵，把女儿嫁给他，并立他为右校王，立卫律为丁灵王，使他们都成了匈奴掌权的贵族，其中卫律很受单于宠爱，经常侍于左右，而李陵住在外边，遇到大事才被召入计议。

武帝命李广利率七万人，出五原击匈奴，御史大夫商丘成率三万余人出西河，重合侯莽通率四万骑出酒泉千余里。

匈奴狐鹿姑单于听闻汉军重兵压境，将匈奴的辎重尽数徙往郅居水，同时则率精兵在姑且水列阵以待。商丘成向西北方向长驱直入，一直抵达涿邪径，未见匈奴军而返，单于派大将与李陵率三万余骑追击商丘成军，至浚稽山，与商丘成转战九日，汉军攻破匈奴的阵地，杀伤匈奴军很多。战至蒲奴水，匈奴军见战局于己不利，收兵而回。

武帝去世，其子汉昭帝即位，由大将军霍光、左将军上官桀等辅政，他们一向与李陵很好，就派李陵过去的好友、陇西人任立政等三人，去匈奴招李陵归汉。

任立政等到匈奴后，单于置酒款待，李陵、卫律都在座。他们虽见到了李陵，但不能私下交谈，便用目光向李陵示意，又几次把佩刀上的环弄掉，趁捡环时握住李陵的脚，暗示他可以回汉朝去。此后李陵、卫律准备牛酒慰问汉使，一起博戏畅饮，他们都穿着匈奴的服装，蓄着匈奴发式。

这时，任立政大声说：“汉朝已宣布大赦，国内安乐，陛下年少，由霍光、上官桀辅政。”他想用这些话使李陵动心，谁想李陵沉默不语，只是不经意地摸着头发说：“我已着胡服。”

过了一会儿，卫律起身更衣，任立政说：“少卿，你受苦了，霍子孟、上官少叔向你问好。”李陵说：“霍公与上官大人可好！”任立政说：“他们请少卿回故乡去，富贵不用担心。”李陵小声对任立政说：“少公，我回去容易，只怕再次蒙受耻辱，无可奈何！”

话未说完，卫律回来了，好像听到了他们最后的话，说：“李少卿贤能之人，大可不必只在一国居住，从前范蠡遍游天下，由余从西戎到秦国，今天还谈什么故国之类。”说罢告辞。

任立政接着对李陵说：“你也有这个意思么？”李陵说：“大丈夫不能反复无常，再次蒙羞。”

后来，李陵在匈奴待了二十多年，病死。