东汉明帝永平十六年（73年），廉范被举荐为茂才，数月后，他又升为云中郡太守。他就任不久，恰好遇到北方匈奴大举入侵，进逼石中。按照规定，如果来犯匈奴兵人数超过５０００，那本地长官就应写信向邻近的郡守告急，请求增援。
这次北匈奴进犯的战线拉得特别长，攻击面很宽，沿边一带烽火连天，廉范也无法肯定匈奴的攻击重点是否就是云中，因此当部下要求他向邻郡告急时，因怕影响邻郡的防务力量，廉范断然加以拒绝。
然而，廉范却不知道，这次匈奴的进攻重点正是云中。随着战斗的展开，敌兵的攻势越来越猛，云中的兵力非常少，很快就难以支撑了。廉范在这紧要关头急中生智，命令士兵把两支火炬交叉捆扎，做成“十字火炬”。入夜，他命令士兵将火炬的三头点燃，手持一端，遍布营中。这样，匈奴兵远远望去，廉范手下的士兵好似凭空增加了三倍。匈奴兵见此情景，都大吃一惊，以为邻郡的增援部队赶到了，攻势很快就弱下去了。
廉范从匈奴攻势减弱的情况分析，知道“十字火炬”产生的效果已经把匈奴兵震住，敌人将会在天亮后退兵。于是，廉范命令军中凌晨开饭，饭后立即开门对匈奴进行突袭。
由于匈奴兵正在准备撤退，汉兵的反击行动大大出乎他们的意料，一时手忙脚乱，被汉兵猛击死伤数百人之后，匈奴兵便丢盔弃甲，溃不成军，自相践踏，又损失了千余人，大败而逃，从此匈奴兵不敢再犯云中。