山作战，大破敌军。敌众溃散，单于逃走。窦宪整军追击，直到私渠比鞮海，会战围剿。
于是下令收兵，检点战果。军政司回报：此役共斩杀北匈奴名王以下将士一万三千多人，俘获马、牛、羊、驼百余万头，降者八十一部，前后二十多万人。
窦宪闻报大喜，自思此行不但立功赎罪，且可彪炳千秋，留名青史。
于是便与耿秉登上燕然山，去边塞三千余里，在南麓勒石铭刻纪功，令班固作《封燕然铭》。其铭文曰：
惟永元元年秋七月，有汉元舅曰车骑将军窦宪，寅亮圣明，登翼王室，纳于大麓，维清缉熙。乃与执金吾耿秉，述职巡御。理兵于朔方。鹰扬之校，螭虎之士，爰该六师，暨南单于、东胡乌桓、西戎氐羌，侯王君长之群，骁骑三万。元戎轻武，长毂四分，云辎蔽路，万有三千余乘。勒以八阵，莅以威神，玄甲耀目，朱旗绛天。遂陵高阙，下鸡鹿，经碛卤，绝大漠，斩温禺以衅鼓，血尸逐以染锷。然后四校横徂，星流彗扫，萧条万里，野无遗寇。于是域灭区殚，反旆而旋，考传验图，穷览其山川。遂逾涿邪，跨安侯，乘燕然，蹑冒顿之区落，焚老上之龙庭。上燕然勒石记功，德以摅高、文之宿愤，光祖宗之玄灵；下以安固后嗣，恢拓境宇，振大汉之天声。兹所谓一劳而久逸，暂费而永宁者也，乃遂封山刊石，昭铭盛德。其辞曰：铄王师兮征荒裔，剿凶虐兮截海外。夐其邈兮亘地界，封神丘兮建隆嵑，熙帝载兮振万世！
画外音：《封燕然山铭》被谓是中国有史记载边塞纪功碑源头，后世便以“燕然勒功”为典，专指赫赫战功。经此一战，北单于远逃大漠，不知所踪。
窦宪燕然勒功已毕，下山还营，即派司马吴汜、梁讽，携带金帛追寻北单于，企图予以招降；一面班师回国，驻扎五原。
当时北匈奴元气大丧，人心离散，吴汜、梁讽所到之处，宣明国威，前后又有万余人归降。遂在西海追上北单于，劝其仿效当年呼韩邪单于归汉先例，以求保国安民。
北单于喜悦，率部与梁讽回到私渠海。听说汉军已经入塞，就派弟右温禺鞮王随梁讽前到洛阳，向汉朝进贡，并留侍汉帝。
窦宪见北单于没有亲往洛阳，于是上奏朝廷：北匈奴单于缺乏归降诚意，是谓心