李广虽被调为上郡太守，但上郡仍是边疆。李广刚至任上，又传来消息匈奴再次大举进攻上郡，景帝又派宦官跟随李广整顿边疆。这宦官带着数名轻骑，纵马驰骋赶往上郡，在途中，遇到三个匈奴人。这三人本事了得，数名轻骑射杀将尽。宦官拼死来到上郡，恰逢一队骑兵，宦官见了汉军军旗，带队为首之人正是李广，高呼：“李将军救命！咱家刘忠奉陛下之命前来辅佐李将军！”又与李广说起此前遭遇，李广听闻，心想：军中传闻匈奴有射手，张弓拉箭能射雕，这三人必是匈奴神射手。自己能射虎，今日在此相遇必分个高低！便让刘忠引路，急追这三人。

汉军追了十几里路终与三人相遇。李广命左右骑兵散开，包围匈奴神射手。三人见此略有慌乱，拉弓急射却有失水准，而李广不急不缓对准一匈奴人后心之处射去，只见那人坠下马去。又是一箭，又一人应声而倒。李广准备射杀最后一人时，心想：若能在此人口中探到匈奴军情最好不过。便对准最后一人小腿射了一箭，那人摔倒在地被包围的骑兵捕获。李广本想查问这人，此人所说皆是异语只得作罢。便查看三人所用之弓，弓体轻巧强劲，弓筋柔韧，随手一射弦声清脆，更加确定了这三人是匈奴射雕人。汉军准备回上郡之时，远处风沙滚滚，匈奴数千骑兵奔驰而来。双方都是惊愕不已，匈奴骑兵在远处急忙布阵，唯恐有诈不敢上前。汉军仅有百骑，众人恐慌，想奔驰逃跑。

李广道：“不可后退！若是后退匈奴追击，吾等必死无疑！匈奴定以为吾等是诱饵，必不敢上前。听我号令，进军！”这百人离匈奴阵地大约二里驻足，李广又命众人下马解鞍。刘忠惊恐万分问起此事为何？李广解释其中用意，阵前解鞍，匈奴必以为吾等如此狂妄，后方定有大军相伴，更不敢率军袭击。此番场景，传入匈奴骑兵带队将军耳中，其亲自前来查看。李广见一骑白马之人出阵，身上盔甲华贵，便知此人身份非凡，遂策马奔驰而去。

匈奴将军不明所以，还未反应过来。一支箭穿心而过，这匈奴将军一命呜呼。李广骑马折回汉军队中，李广又命令众人随意躺卧，众人激动万分更是逐渐嚣张起来，李广外表不动声色，内心却忐忑不安。两军僵持许久直至夜晚，匈奴恐有汉军伏兵夜袭，撤军而去。

汉军见匈奴远去再也见不到身影，才敢放声大笑。也因此事李广飞将之名远传关内塞外。几日过后，匈奴撤兵，上郡之危不战而胜。宦官刘忠急忙逃离此地，回朝复命。

景帝听后，龙颜大悦。又赏赐李广金银万千却对加官进爵之事只字不提。李广几年之内历任陇西、北地、雁门、代郡、云中各地太守，所到之处，匈奴人不敢应战，分分撤军。军臣单于只得同意景帝求和之请，两邦百姓迎来罕见的和平。而宫中又因废黜太子刘荣，窦太后借机想让梁王作继承人，但受袁盎等大臣阻挠，梁王怀恨在心派人暗杀诸臣之事。景帝查明虽未处决梁王，却也渐渐疏远，牵连其中官员又无计其数，而李广远在边疆未受波及也算因祸得福。

梁王因此回到封国，郁郁而终。景帝亦没过多久因病去世，去世之前传位新太子刘彻。武帝继位不愿做傀儡皇帝，重用儒学，重选官员。近臣认为李广威震匈奴，是名将应受提拔，遂武帝调李广回京任未央宫禁卫军卫尉。