三十万将士齐声高呼：“愿随将军，杀敌报国！愿随将军，杀敌报国！”
大军一路北行，出上郡，过榆林，进入河套地区。这河套地区，土地肥沃，黄河穿流而过，本是秦国的领土，后来被匈奴占领，成了匈奴南下的跳板。蒙恬知道，匈奴骑兵机动性强，来去如风，若不摸清对方虚实，盲目进攻，必吃大亏。于是他派斥候统领李信（此李信非灭楚时的李信，乃是同名的年轻将领）带五百轻骑，探查匈奴主力动向。
三日后，李信回报：“将军，匈奴头曼单于率十万骑兵，屯于河南地东部的阳山之下，粮草囤于山后五里处的山谷中，守军不多。”蒙恬听罢，立刻召来众将议事，他指着地图道：“匈奴虽勇，却有一弊——粮草不足，全靠劫掠为生，如今他们的粮草囤在山后，正是他们的软肋。我等可分三路：一路由副将王贲（王翦之子，亦是将门之后）率五万步兵，携带火种，偷袭其粮草，烧了他们的补给；一路由校尉赵佗率五万骑兵，绕至阳山北侧，切断匈奴的退路；我自率二十万大军，在阳山南侧列阵，正面迎敌。待王贲烧了粮草，匈奴军必乱，到时候咱们三路夹击，定能一举破敌！”众将领命，各自领兵而去。
次日拂晓，天刚蒙蒙亮，蒙恬便率中军在阳山南侧列下“雁行阵”——弩手在前，排成三队，每队五千人，；刀盾手居中，手持铁盾和环首刀，组成坚不可摧的防线；骑兵在两翼，随时准备冲锋。匈奴那边，头曼单于听闻秦军列阵，便带着手下将领登上山头查看。见秦军阵形严整，军容鼎盛，头曼心中暗惊，却也不甘示弱，对身边的将领道：“秦军虽多，却是步兵居多，咱们的骑兵天下无敌，今日定要让他们尝尝咱们匈奴铁骑的厉害！”说罢，他下令：“全军出击，冲垮秦军阵形！”
只见匈奴骑兵如黑云般压来，马蹄声震得地动山摇，尘土飞扬，遮天蔽日。蒙恬立于阵前，手持令旗，眼神锐利如鹰，死死盯着逼近的匈奴骑兵。待匈奴骑兵进入秦弩射程，蒙恬大喝一声：“弩手，放！”霎时间，数千张强弩齐发，箭矢如暴雨般飞向匈奴骑兵。前排的匈奴骑兵纷纷中箭落马，有的被射中胸口，当场毙命；有的被射中马匹，马匹受惊，乱蹦乱跳，把背上的士兵甩下来，又被后面的骑兵踩成肉泥。
头曼单于见状，咬牙道：“继续冲！只要冲过去，秦军就完了！”剩下的匈奴骑兵继续冲锋，眼看就要到秦军阵前。蒙恬又喝：“刀盾手，举盾！长枪兵，刺！”秦军刀盾手立刻举起铁盾，形成一道坚墙；长枪兵则从盾缝中挺枪刺出，长枪如林，直刺匈奴骑兵的马腹和腿部。匈奴骑兵冲不进去，反而被长枪挑落马下，死伤无数。
就在这时，远处传来一阵浓烟——王贲已经烧了匈奴的粮草！头曼单于回头一看，见山后火光冲天，浓烟滚滚，顿时心慌意乱。他知道，没了粮草，大军撑不了几天，再打下去也是必败无疑。蒙恬抓住这个时机，令旗一挥：“两翼骑兵，出击！”两翼的秦军骑兵接到命令，如两把锋利的尖刀，从左右两侧杀入匈奴阵中。赵佗也率骑兵从北侧杀来，三路骑兵夹击，匈奴军顿时大乱。
蒙恬一马当先，手持虎头金枪，杀入敌阵。那金枪在他手中，时而如蛟龙出海，直刺敌将咽喉；时而如猛虎下山，横扫敌兵胸膛。有个匈奴大将，身高八尺，手持狼牙棒，拍马冲来，大喝：“蒙恬休走！爷爷来会会你！”蒙恬不慌不忙，侧身避开狼牙棒，手中金枪一挺，快如闪电，正中那大将的咽喉。那大将惨叫一声，鲜血喷了蒙恬一身，跌下马去。
秦军将士见主帅英勇，士气大振，喊杀声震天动地。匈奴兵见粮草被烧，退路被断，主帅又被杀，哪里还有斗志，纷纷丢盔弃甲，四散溃逃。蒙恬率大军追击，一直追到阴山脚下，斩首三万余级，俘虏匈奴王子三人，夺得牛羊数十万头，还收复了整个河南地。头曼单于带着残兵，一路北逃，逃到漠北才敢停下，从此再也不敢南下。
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这一战，蒙恬不仅收复了失地，还打出了大秦的国威，让北方的少数民族都知道，大秦有位蒙大将军，打仗十分厉害！班师回朝后，嬴政封蒙恬为“忠信侯”，还把九原郡交给蒙恬管辖，让他负责北方的边防建设。
蒙恬接管九原郡后，第一件事就是上书始皇帝，请求修筑长城。他在奏折中写道：“匈奴虽退，然其贼心未死，若不筑城防御，日后必卷土重来。臣愿率军民，连接秦、赵、燕三国旧长城，筑成一道万里长城，以固我大秦北疆。”嬴政看了奏折，觉得有理，当即准奏，命蒙恬总领其事，调发民夫五十万，与三十万秦军一同修筑长城。
蒙恬亲自带着工匠和斥候，沿黄河而行，勘察地形。走到贺兰山时，见山势险峻，易守难攻，便决定在此处筑城。可这贺兰山的岩石坚硬如铁，民夫们用錾子凿，用锤子敲，一天也凿不了几尺，不少民夫的手都磨出了血泡，甚至崩裂了伤口。蒙恬召集工匠们商议对策。有个年过六旬的老工匠，姓刘，跟着祖辈修过赵长城，他对蒙恬说：“将军，老奴有个法子，先把石头烧热，再泼上冷水，石头一热一冷，就容易裂开，到时候凿起来就省力多了。”
蒙恬听罢，立刻下令照办。民夫们堆起柴火，围着岩石烧了一夜，柴火堆得比人还高，火光映红了半边天。次日清晨，蒙恬亲自带着士兵，提着水桶，将冷水泼在烧红的岩石上。只听“咔嚓”“咔嚓”的声响不绝于耳，岩石果然裂开了一道道缝隙。民夫们见状，干劲大增，拿着錾子和锤子，很快就凿出了大片石料。蒙恬还让人把这些石料加工成方形，这样垒起来更加稳固。
这长城的修筑，可不是简单的堆石头，里面有大学问。蒙恬让人用“版筑法”修筑城墙——就是用两块木板夹着泥土，中间填上黄土、砂石和石灰的混合物，然后用夯土锤层层夯实。这样筑成的城墙，坚硬如铁，用刀砍不动。城墙高五丈，宽三丈，上面可以跑马，士兵们可以在上面来回巡逻。每隔三里，筑一座烽燧，烽燧高十丈，上面有士兵值守，一旦发现匈奴来犯，白天就烧狼粪，冒出的烟又黑又直，能飘出几十里；晚上就点火，火光通红，能照出很远，烽燧之间依次传递信息，军情一日之内便可从辽东传到咸阳。
每隔十里，筑一座障城，障城呈方形，周长三里，有四门，里面可以驻兵千人，储存粮草和兵器，作为局部防御的中心。每隔百里，筑一座屯兵堡，屯兵堡比障城大得多，周长十里，里面可以驻兵万人，还有专门的练兵场和粮仓，是区域性的防御重镇。蒙恬还在长城沿线设置了关隘，比如雁门关、居庸关，这些关隘都建在两山之间，地势险要，一夫当关，万夫莫开。
除了长城，蒙恬还主持修建了一条重要的道路——秦直道。这秦直道从九原郡出发，直达咸阳，全长一千八百里，最宽处宽六十步（约合八十米），是当时世界上最宽、最长的“高速公路”。修直道时，蒙恬让人把路面挖下去三尺，然后铺上一层碎石，再铺上一层黄土，用夯土锤层层夯实，这样的路面，下雨天不积水，马车走在上面又快又稳，骑兵飞驰起来也不会陷进泥里。
有一回，始皇帝派使者去九原郡传达旨意，走的就是秦直道。使者早上从咸阳出发，晚上就到了上郡，第三天一早就到了九原郡，比以前走小路快了整整十天。使者回来后，把秦直道的情况告诉了嬴政，嬴政龙颜大悦，称赞蒙恬“功在当代，利在千秋”，还赏赐了蒙恬许多金银绸缎。
长城修好后，蒙恬又命人在长城沿线种植榆树。这榆树长得快，枝叶茂密，既能阻挡匈奴骑兵的冲击，又能为士兵和民夫提供阴凉，还能作为薪柴使用。当地的百姓见榆树成林，长城坚固，再也不怕匈奴劫掠，都感念蒙恬的好处，编了一首歌谣传唱：“蒙将军，筑长城，挡匈奴，保太平；种榆树，固边疆，民安乐，国富强。”
蒙恬在北方守边十余年，匈奴始终不敢南下，北疆一片太平。他的弟弟蒙毅也在朝中做官，官至上卿，深受嬴政信任，蒙氏兄弟一内一外，权倾朝野，成为大秦最有权势的家族之一。可谁也没想到，一场灭顶之灾，正在悄然逼近。