郅支围城战是公元前36年(汉元帝建昭三年)发生于西汉与匈奴首领郅支单于之间的战役，结果来自蒙古高原东部鄂嫩河的郅支单于战败被杀。这是西域都护府建立以来在西域政治上第一次发挥作用。郅支围城战大致发生于今哈萨克斯坦东部、塔拉斯河畔附近，也是中国古代历史上，军队到达过最西端之地。751年，著名战役怛罗斯战役亦发生于同一区域。

　　郅支单于城建于公元前44年后，即中亚康居国用了2年时间为在蒙古高原东部战败的匈奴左贤王所筑之城，匈奴为纯粹的游牧民族，筑城技术仍停留在原始阶段;据《汉书》记载，该城共有两重，内部是土城，土城外围是重木，而且筑有城楼，城的最内部有单于内室或内宫。

　　前56年，由于握衍朐鞮单于不得人心，匈奴发生内乱，原为左贤王的呼屠吾斯自立为郅支单于，此时匈奴内部另外亦有多名单于。前54年，郅支先后击败闰振单于和呼韩邪单于，此后呼韩邪单于南下投靠汉朝，郅支只得向西发展。

　　公元前44年，在赴康居国途中遇天灾后，郅支单于以及残馀的3,000馀匈奴人抵达康居国，并与巴尔喀什湖畔、哈萨克草原的大国康居结为同盟，康居王尊敬郅支单于，欲借用匈奴实力以威胁西域诸国，而郅支单于也数次为康居攻击乌孙，导致“西边空虚不居者五千里”;由于争执而率兵讨伐康居，杀死王女及贵人，人民数百，或支解投都赖水中;强迫康居人为他筑城。此座名为郅支城(或位于今塔拉兹附近)的城池动用了500名劳工两年的工作时间。郅支单于在西域横行霸道，烧杀抢掠，扣押了两名汉朝使节，西域诸国对此颇有怨言。

　　前36年，甘延寿出任西域都护，陈汤为副校尉。陈汤认为郅支单于企图建立一个强大的匈奴帝国，应该先发制人将其击破。甘延寿虽然同意，但是坚持先行上奏朝廷。时逢甘延寿生病，陈汤趁机发布矫诏，集结大军。甘延寿闻之，惊起阻拦陈汤，陈汤按剑怒叱：“大众已集会，竖子欲沮众邪?”甘延寿只得同意先斩后奏，并且上疏向汉元帝请罪。

　　40,000名汉朝与西域诸国联军集结，兵分两路进军郅支城，一路沿塔里木盆地南部行军，翻越葱岭，途经大宛;另外一路由甘延寿亲自率领，从温宿国出发，从北路进入赤谷，途经乌孙和康居。行至乌孙境内时，康居副王抱阗率数千名康居骑兵劫掠乌孙，被陈汤率领胡军击败，击杀460人，解救了470名乌孙俘虏，多名康居贵族被俘并被迫担任向导。大军行至距郅支城30里处扎营，匈奴派遣使者前来汉营，甘延寿和陈汤回应说：“单于上书言居困厄，愿归计强汉，身入朝见。天子哀闵单于弃大国，屈意康居，故使都护将军来迎单于妻子，恐左右惊动，故未敢至城下。”

　　次日汉军到达离城3里之地，扎营布阵。匈奴派出数百步骑兵，摆出夹门鱼鳞阵，被汉军驱逐回到城中。汉军随即包围郅支城，放火焚烧土城墙外围的木城墙。当夜，数百名匈奴骑兵出城欲逃走，被汉军击杀。郅支单于原本害怕康居人为汉朝担任内应，准备逃走，但是当他得知汉军为数众多时随即归还，笼城固守。于是单于披甲在城楼上督战，数十名阏氏以弓箭射击围城军队，汉军射中单于之鼻，数名阏氏被杀。夜过半，汉军突破外层的木城，守城军队退入土城，此时万余名康居骑兵出现，分十余处趁夜袭击汉军，但是作战不利。天亮时分，四面燃起大火，汉军遂击鼓进军，康居兵撤退。汉军四面攻入土城，单于等百余人退入宫城，汉军纵火攻城，郅支单于在乱军中被杀。军侯假丞杜勋将已死的单于首级斩下，并解救了先前被羁押的两名汉朝使节。

　　汉军在战役中斩首阏氏、太子及名王以下1,518人，145人被俘，逾1,000名匈奴军人投降。汉朝军人被准许持有战利品，投降的匈奴士兵被分配予参与战役的15个小国。甘延寿和陈汤战后上疏通报战事，奏称：

　　“臣闻天下之大义，当混为一，昔有康、虞，今有强汉。匈奴呼韩邪单于已称北籓，唯郅支单于叛逆，未伏其辜，大夏之西，以为强汉不能臣也。郅支单于惨毒行于民，大恶通于天。臣延寿、臣汤将义兵，行天诛，赖陛下神灵，阴阳并应，天气精明，陷陈克敌，斩郅支首及名王以下。宜县头槁街蛮夷邸间，以示万里，明犯强汉者，虽远必诛。”

　　次年春季，甘延寿和陈汤持郅支单于首级回到长安谒见汉元帝。郅支之首级被悬挂在城墙上展示10日后付之一炬。郅支单于也是历史上唯一被汉朝军队击杀的匈奴单于。