等的援军却一直迟迟不至，眼看苦守无望，李陵只能选择绝死突围。
当时李陵仰天长叹约“复得数十矢，足以脱矣”，可惜上天没有给李陵翻盘的机会。子夜时分，李陵率领十几名壮士突围，被匈奴发现，数千名骑兵衔尾追击。突围战中，只有十几个人跟随，李陵的副将韩延年战死，最后关头，李陵大呼：“无面目报陛下!”于是放下武器投降了匈奴。
可以说，在前汉对抗匈奴的历史上，李陵以五千军士力抗匈奴八万骁勇之敌，坚持十余日，不可谓非奇迹，不可谓不尽力，然而李陵却最终没有实现其“吾不死，非壮士也”的诺言。
虽然浚稽山一役证明了李陵的军事才能，而最终的结局，却使他背上了“汉奸”的骂名，
得知李陵战败投降后，汉武帝大怒。群臣皆言李陵有罪，只有司马迁言道“陵事亲孝，与士信，常奋不顾身以殉国家之急。其素所畜积也，有国士之风。今举事一不幸，全躯保妻子之臣随而媒其短，诚可痛也！且陵提步卒不满五千，深戎马之地，抑数万之师，虏救死扶伤不暇，悉举引弓之民共攻围之。转斗千里，矢尽道穷，士张空拳，冒白刃，北首争死敌，得人之死力，虽古名将不过也。身虽陷败，然其所摧败亦足暴于天下。彼之不死