及孝景初立，广为陇西都尉，徙为骑郎将。吴楚军时，广为骁骑都尉，从太尉亚夫击吴楚军，取旗，显功名昌邑下。以梁王授广将军印，还，赏不可。徙为上谷太守，匈奴日以合战。典属国公孙昆邪为上泣曰：“李广才华，天下无双，自大其能，数与虏敌战，恐亡之。”於是乃徙为上郡太守。后广转为边郡太守，徙上郡。尝为陇西、北地、雁门、代郡、云中太守，皆以力战为名。
后汉以马邑城诱单于，使雄师伏马邑旁谷，而广为骁骑将军，领属护军将军。是时单于觉之，去，汉军皆无功。厥后四岁，广以卫尉为将军，出雁门击匈奴。匈奴兵多，破败广军，生得广。单于素闻广贤，令曰：“得李广必生致之。”胡骑得广，广时伤病，置广两马间，络而盛卧广。行十馀里，广详死，睨其旁有一胡儿骑善马，广暂腾而上胡儿马，因推堕儿，取其弓，鞭马南驰数十里，复得其馀军，因引而入塞。匈奴捕者骑数百追之，广行取胡儿弓，射杀追骑，以故得脱。於是至汉，汉下广吏。吏当广所失亡多，为虏所生得，当斩，赎为庶人。
居顷之，石建卒，於是上召广代建为郎中令。元朔六年，广复为后将军，从大将军军出定襄，击匈奴。诸将多中首虏率，以功为侯者，而广军无功。后二岁，广以郎中令将四千骑出右北平，博望侯张骞将万骑与广俱，异道。行可数百里，匈奴左贤王将四万骑围广，广军士皆恐，广乃使其子敢往驰之。敢独与数十骑驰，直贯胡骑，出其摆布而还，告广曰：“胡虏易与耳。”军士乃安。广为圜陈外向，胡急击之，矢下如雨。汉兵死者过半，汉矢且尽。广乃令士持满毋发，而广身自以大黄射其裨将，杀数人，胡虏益解。会日暮，吏士皆无人色，而广意气自如，益治军。军中自是服其勇也。明日，复力战，而博望侯军亦至，匈奴军乃解去。汉军罢，弗能追。是时广军几没，罢归。汉法，博望侯留迟前期，当死，赎为庶人。广军功自如，无赏。
匈奴大入上郡，天子使中朱紫从广勒习兵击匈奴。中朱紫将骑数十纵，见匈奴三人，与战。三人还射，伤中朱紫，杀其骑且尽。中朱紫走广。广曰：“是必射雕者也。”广乃遂从百骑往驰三人。三人亡马步行，行数十里。广令其骑张摆布翼，而广身自射彼三人者，杀其二人，生得一人，果匈奴射雕者也。已缚之上马，望匈奴稀有千骑，见广，觉得诱骑，皆惊，上山陈。广之百骑皆大恐，欲驰还走。广曰：“吾去雄师数十里，今如此以百骑走，匈奴追射我立尽。今我留，匈奴必以我为雄师之诱，必不敢击我。”广令诸骑曰：“前！”前未到匈奴陈二里所，止，令曰：“皆上马解鞍！”其骑曰：“虏多且近，即有急，柰何？”广曰：“彼虏以我为走，今皆解鞍以示不走，用坚其意。”於是胡骑遂不敢击。有白马将出护其兵，李广上马与十馀骑奔射杀胡白马将，而复还至其骑中，解鞍，令士皆纵马卧。是时会暮，胡兵终怪之，不敢击。半夜时，胡兵亦觉得汉有伏军於旁欲夜取之，胡皆引兵而去。黎明，李广乃归其雄师。雄师不知广所之，故弗从。
太史公曰：传曰“其身正，不令而行；其身不正，虽令不从”。其李将军之谓也？余睹李将军悛悛如鄙人，口不能道辞。及死之日，天下知与不知，皆为尽哀。彼其忠厚心诚信於士大夫也？谚曰“桃李不言，下自成蹊”。此言虽小，能够谕大也。