却说甘延寿对陈汤的正确意见不予采纳，陈汤又能有什么办法呢？
幸好天无绝人之路，，接下来上苍在冥冥中给了陈汤一次机会：甘延寿突然病了，而且病的时间还不算短——正职主官久病卧床，陈汤这个副校尉自然要代职理事全文阅读。历史以史实证明，他充分利用这次机会，不但以都护名义假传汉廷圣旨，调集汉朝在车师（今吐鲁番地区）地区的屯田汉军，还集合了西域诸国发出征召令（独矫制发城郭诸国兵、车师戊己校尉屯田使士）。一听说要讨伐郅支，15个西域国家都派兵前来助战，其中就包括那个被郅支单于多次攻击的乌孙。
大军云集、准备出兵之际，卧病在床的甘延寿得知消息，马上从病床上“惊起”，想要阻止这次作战行动。对于矫诏发兵的陈汤而言，此时汉军与西域诸国组成的“多国部队”已经集合完毕，开弓没有回头箭，已经没有退路。值此紧要关头，陈汤怒发冲冠，手按剑柄，厉声警告甘延寿：“大军都已集合，你想让众军泄气么？”尽管史书记载甘延寿是个勇武有力的大力士，这时也只能“遂从之”，就此搭上了陈汤的战车。
甘、陈二人通力合作，一面派人回长安向皇帝上表“自劾”矫诏之罪，同时“陈言兵状”；一面率领胡汉杂陈的四万大军向西出发。就这样，汉家王朝多年不动的军事机器，在陈汤这个默默无闻的小人物手中终于再次发动起来。
由于陈汤矫诏出兵，后世很多人都称他为一“赌徒”。其实，军事行动本身常常与高风险性相伴，关键是看风险能否与价值相权衡。从军事学的角度来看，陈汤的冒险远征颇有可取之处：
第一，缩短距离。康居相对于汉朝的远距离地理优势，曾是郅支单于引以为恃的天然优势，但在陈汤矫诏发兵的突击决策面前则大打折扣：从乌垒到康居的距离较之从长安到康居的万里之遥，一下子少了一大半，使得快速奔袭北匈奴成为可能，作战成功系数大大提高。
第二，把握战机。《孙子兵法?计篇》有云：“攻其无备，出其不意。此兵家之胜，不可先传也。”陈汤远程突袭的最大胜算，就在于郅支单于不相信汉朝会万里迢迢派军来打他（麦克阿瑟选择在仁川登陆也是这个道理）。只要及时把握住这个时机，趁着对手心理上的猝不及防，兵锋直指其城下，北匈奴游牧民族的机动性优势就丧失了发挥的机会，郅支恐怕连逃跑都来不及。
第三，人和于战。陈汤矫诏发兵，所征集的“多国部队”或为屯田汉军，或为西域诸国兵马，他们对于远征地理行程和北匈奴作战特点的了解，都远远超过从中原地区调来的汉军，利于行军作战。
同时，四万之众的汉胡合兵，不仅形成了对敌兵力数量优势，还有利于形成“汉领诸国伐郅支不义”的政治优势，师出有名，义正词严。在这项制胜因素的背后，是西汉时代成功的屯田制度和西域都护制度，它们为汉军的远征提供了最佳的兵员配置。司以说，陈汤最大限度地发挥了己方的制度优势：平战结合，就近发兵，完全出乎郅支单于之预料。
当天他们就带领军队分道前进，分为六校，其中三校从南道越过葱领从小道到大宛，另外三校由都护自己率领，从温宿国出发，经北道进入赤谷，过了乌孙，到达康居边界，一直到了阗池的西面。而康居的副王抱阗率领几千骑兵，进犯赤谷城东，杀害抢夺了大乌孙王的一千多人，抢走很多牲畜和财产。又在后面同汉朝军队遭遇，抢夺走了后面部队相当多的辎重。陈汤放出胡人军队攻打他们，杀了四百六十人，得到了他们所抢走的四百七十名百姓，交还给丫大乌孙王，所得到的马、牛、羊就用来供给军用。还俘虏了抱阗的显贵伊奴毒。
到了康居的束部边界，陈汤命令军队不得进行抢掠。暗中把康居的显贵屠墨叫来相见，向他说明汉朝的威势和信誉，并同他饮酒结盟后就放他回去了。从小道带领军队前进，到了离单于城大约六十里的地方就停止前进并扎下营寨。又捕捉到了康居的显贵贝色的儿子开牟，让他作为向导。贝色的儿子也就是屠墨母亲的弟弟，他们都怨恨单于，因此很详细地知道了郅支的情况。
第二天又带领军队前进，离城还有三十里，就停下扎营。当陈汤的“多国部队”从天而降般地出现在眼皮底下时，郅支单于似乎仍蒙在鼓里。他所表现出的茫然、慌乱和无措，与先前的狡诈、强硬形成了鲜明对比。面对大军压境，他遣使来问：陈汤答道：“单于上书说现在处境困难，愿意归附汉朝，亲自入汉朝朝见。天子哀怜单于离开匈奴的广阔国土，在康居受到委屈，所以派都护将军来迎接单于的妻子和儿女，恐怕惊动了您的左右，因此军队不敢到城下。”使者几次往来互相通报情况。甘延寿、陈汤于是责备单于道：“我们为了单于远道而来，而到现在还没有有名的王侯大臣来见将军接受命令，单于怎么能这样忽略大计，失去主人对待客人的礼仪呢!军队远道而来，人马都相当疲劳，粮草估计也将完了，恐怕不能自行还军了，希望单于同大臣审慎考虑计划安排。”
第二天，军队向前到达郅支城的都赖水上游，离城有三