东汉永元元年，洛阳城中的朝堂之上正笼罩着一层紧张的氛围。身为外戚的窦宪，因刺杀都乡侯刘畅触怒了窦太后，被幽闭在宫中等待处置。为了赎去死罪，窦宪主动向和帝上书，请求率领大军出击北匈奴，用边塞的战功来抵偿自己的过失。恰好此时南匈奴单于也上书汉廷，请求汉朝出兵共同讨伐北匈奴，朝廷最终同意了窦宪的请求，任命他为车骑将军，以执金吾耿秉为副将，征发北军五校、缘边十二郡的精锐骑士，以及羌胡等归附部落的兵马，组成了一支数万规模的北伐大军，开启了东汉历史上声势最浩大的一次北征。
窦宪率领大军从朔方鸡鹿塞出塞，南匈奴单于从满夷谷出兵，度辽将军邓鸿则率领羌胡八千骑从阳塞出兵，三路大军约定在涿邪山会师。窦宪没有选择稳扎稳打逐步推进的常规战术，而是在会师之后，立刻派遣副校尉阎盘、司马耿夔等人，率领一万精锐骑兵作为先锋，全速向稽落山方向突进，直接寻找北匈奴单于的主力决战。北匈奴根本没有料到汉军会跨越千里瀚海突然杀到，仓促之间在稽落山脚下迎战，一战就被汉军打得全线崩溃，部众四散奔逃。
窦宪抓住战机，指挥全军沿着私渠比鞮海的方向展开长途追击，一直把北匈奴的残部追到了燕然山脚下。这场北伐的战果远超所有人的预期：汉军一共斩杀北匈奴名王以下将士一万三千多人，缴获的马牛羊骆驼等牲畜超过百万头，北匈奴先后有八十一个部落、总计二十多万人主动向汉朝投降。这个数字已经超过了当时北匈奴全部人口的一半，曾经横行草原数百年的北匈奴汗国，经此一战直接失去了和汉朝抗衡的全部实力。
距离大汉边塞三千余里的燕然山，是此前汉朝军队几乎从未抵达过的极远之地。窦宪登上燕然山的最高处，看着脚下连绵的草原和奔涌的河流，想起西汉时期卫青、霍去病横扫匈奴的赫赫功业，随即下令让人在燕然山的摩崖巨石上刻石纪功，命令随行的班固撰写铭文，把这场大胜的功绩刻在山石之上，向后世彰显大汉的威德。这篇《燕然山铭》的铭文，整整在蒙古国杭爱山的岩壁上沉睡了两千多年，直到2017年才被考古学者重新发现，让史书上记载的这场旷世奇功，得到了实实在在的实物佐证。
北伐大军班师回国之后，窦宪并没有停下对北匈奴的追击。永元三年，他再次派遣耿夔等人率领精锐骑兵从居延塞出发，长途奔袭五千余里，在金微山一带突袭北匈奴单于的残部，一战就彻底击溃了北匈奴的最后核心力量，北匈奴单于只能带着极少数残余部众，一路向西逃往伊犁河流域的乌孙，此后再也没有回到漠北草原。绵延数百年的汉匈战争，至此以汉朝的全面胜利画上了句号。
窦宪虽然以外戚身份掌权，后来因擅权被汉和帝清算，在历史上留下了颇多争议，但他主导的这次燕然山北伐，彻底终结了北匈奴在漠北的统治，让整个北部边塞迎来了长达数十年的和平。此后“勒燕然”就成了后世所有边塞将士心中最高的功业象征，无数文人墨客在诗词中反复化用这个典故，让这场发生在千里之外的北伐传奇，永远融入了中华的历史记忆之中。