叛军对梁国的威胁消除后，当时以储君自居的梁王刘武，对参与救援梁国的有功将领予以封赏，并赏赐给李广一枚将印。
叛乱平定后，其他立下战功的武将多有封侯者，而原本在战争中功劳卓着的李广，却因擅自接受梁王刘武授予的将印，引发汉景帝不满，以致还军后没能获得任何封赏，而这或许是李广这一生中距离侯爵最近的一次。
李广不仅没有获得封赏，反而还因此被调出京城，任命为了上谷太守。眼看着与自己一起参与平叛的将领们因功封侯，而自己却与侯爵擦肩而过，李广心里难免有些失落，更因自己擅自接受梁王的赏赐而悔恨，因此出任上谷太守之后，便时常亲自率兵与匈奴交战，以期获取战功封侯。
为了获取战功，李广率兵作战极为拼命，常常身先士卒率军冲杀。然而，太守毕竟是一郡最高长官，而不是领兵将领，李广这种玩命的打法，着实让他手下的官员们整日提心吊胆。
担心李广出现意外的典属国公孙昆邪，在苦劝无果的情况下，只好上书向汉景帝哭诉，“李广的才气固然天下无双，但他太过自负，屡次与敌虏肉搏，恐怕迟早会战死沙场”，汉景帝于是又下诏将其调离边镇，改任上郡太守。
李广调任上郡太守之后，虽然没有了战死沙场的危险，但也失去了杀敌立功的机会，这让他颇为苦恼。因此，当得知匈奴破关而入、攻入上郡之时，李广哪肯放过机会，立即调集士兵前去迎战。汉景帝或许也怕李广见了敌人头脑发热，便又派了一位亲信宦官前往李广军中，以协助李广整训士兵的名义，对其予以看管。
一次，宦官带了几十个骑兵外出，恰好与三个匈奴人遭遇，宦官见对方人少，遂亲率骑兵攻了上去，却不想对方箭术出众，边跑边转身放箭，立时便有数名骑兵落马，就连宦官亦中箭负伤落马。骑兵们见宦官负伤，也不敢再战，只得先护着宦官上马撤退，那三个匈奴人见状，趁着汉军慌乱之际又接连放箭，片刻间几十名骑兵便死伤殆尽，宦官这才艰难上马，在仅剩的几名骑兵护送下，向着大营方向狂奔而去。
李广得知消息，连忙上前查看情况，听了宦官和众将士的描述，李广言道，“箭法如此精准，一定是匈奴射雕之人”。说罢，李广便率领一百多名骑兵奔出大营，向着三个匈奴人所在的方向追了出去。
那三个匈奴人因为没马，只是徒步行走了几十里，李广派出的探马很快便发现了他们的踪迹，李广立即命令骑兵散开，从左右两面包抄而上，自己则亲自率人正面突进。李广凭借着出色骑射功夫，亲自拉弓放箭射击三人，当场射死两人，活捉一人，一番审问之下，得知果然是匈奴射雕之人。
然而，当李广命人将俘虏捆绑结实，上马准备离开之时，却突然发现有数千名匈奴骑兵出现在了远处，而匈奴人也发现了李广这一百多名骑兵。
由于汉军多以步兵为主，面对人人配马的匈奴骑兵只能被动迎战，而无法做到主动出击和追击。为了对匈奴人造成杀伤，此前李广曾多次利用地形设伏，以少量骑兵作为诱饵，将匈奴人诱入包围圈予以打击。因此，当匈奴人发现李广这一百多人后，以为又是汉军派出诱敌的骑兵，一时间竟然没有敢发动攻击，反而选择了上山布阵。
李广手下的骑兵见匈奴人数十倍于己方，一时间非常恐慌，立即便有人建议李广撤退。
李广制止了部下的慌乱，说道，“如今远离大营几十里，如果这种情况下逃跑，匈奴人一番骑射下来，咱们这一百多人恐怕活不了几个。如果我们留下，匈奴人反倒会以为我们是诱敌的军队，反而不会轻易进攻了。”
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说罢，李广便一勒马缰，当先向前行去，部下们见状，也只好提心吊胆的随其前行。待到距离匈奴人约两里时，李广这才停了下来，并下令说，“大家都下马解鞍！”
众人一听，都以为李广疯了，有亲兵上前说道，“敌人如此多，又离得这么近，这种时候解鞍下马，一旦情况紧急，该怎么办？”
李广却看着远处的匈奴军队说道，“那些匈奴人以为我们会走，现在我们偏偏解鞍表示不走了，这样敌人会更加坚信我们是来诱敌的。”
说罢，李广率先下马解鞍，部下们也不知道这招靠不靠谱，只好照着李广的吩咐做，纷纷下马解去马鞍，然后众人就这么盘腿坐在地上，一副云淡风轻地模样。
匈奴将领看着汉军不退反进，而且竟然敢当着自己大军的面下马解鞍，果然以为这是汉军故技重施，坚信这支人马是汉军的诱饵，因此下令不得擅自进攻。
不久，一个骑白马的匈奴将军出阵约束部队，李广见状，遂率领十几个骑兵上马奔驰而上，射杀了这个白马将军，然后再度返回，又下马解鞍原地休息，李广甚至还让士兵将马放开，让马儿随意奔驰，自己和士兵们则随地躺卧，更显轻松。
匈奴主将见汉军如此有恃无恐，心中反而愈发生疑，严令军队不得出击。
结果，双方就这么从傍晚对峙到了夜半，由于天色昏暗，匈奴主将见李广这一百多骑兵仍然没有离开的打算，又担心汉军主力趁夜伏击，只得率领军队撤退。而李广一直等到黎明时分，见匈奴人果然撤走，这才率领人马返回了大营。
由于李广带兵有方，匈奴没能在上郡捞到半点好处，又没办法对汉军造成大的杀伤，最终只得撤退。
此后，李广历任陇西、北地、雁门、代郡、云中等郡太守，由于奋力作战而日渐出名，甚至名扬匈奴，被匈奴人称为“飞将军”，凡是他任职的地方，匈奴人全都躲着走，从不敢入侵。