秉为副，发北军五校、黎阳、雍营、缘边十二郡骑士，及羌胡兵出塞。第二年，窦宪与耿秉分别率四千骑兵与南匈奴左谷蠡王师子率万骑从朔方鸡鹿塞（今内蒙古磴口县西北哈萨格峡谷口）出兵；南单于屯屠河率领万余骑从满夷谷（今内蒙古固阳县）出兵；度辽将军邓鸿和边境地区归附朝廷的羌胡八千骑、左贤王安国万骑从翩阳塞（固阳县境）出兵。三路大军在涿邪山（今蒙古西部、阿尔泰山东脉）会师。

窦宪命副校尉阎盘、司马耿夔等一万精兵，与北单于在稽落山（今蒙古境内杭爱山）大战一场，北单于落荒而逃。窦宪乘胜追击，一直追到私渠比鞮海（乌布苏湖）。这一战一共斩杀将士一万三千多人，俘获马、牛、羊、驼百余万头，前后共二十多万人宣布投降。

因北单于已逃到远处，窦宪一面派司马吴汜、梁讽携带金帛追寻北单于，企图招降他；一面班师回国，驻扎五原。当时，北匈奴人心离散，吴汜、梁讽所到之处，宣明国威，前后有万余人归降。在北海西北的西海，梁讽追上了北单于，劝说他仿效当年呼韩邪单于归汉的先例，以求保国安人。北单于喜悦，率领他的部下与梁讽一起回到私渠海，听说汉王朝大军已入塞，就派他的弟弟右温禺疑王随梁讽到洛阳，向汉朝廷进贡，并留侍汉和帝。