武帝多次詢問張騫有關大夏國的情況。張騫此前已經失去侯爵，張騫回答武帝：“臣在匈奴的那些年，聽說西域還有一個烏孫國，烏孫王的名字叫做昆莫。昆莫的父親難兜靡與大月氏原來均居住在祁連山、敦煌一帶，是一個小國家。大月氏殺了難兜靡，奪取了烏孫國的土地，烏孫國人民被迫逃往匈奴。昆莫在當時剛出生不久，撫養人布就翎侯抱著昆莫，放在草叢裏，自己出去尋找食物，回來時，看到一隻母狼用乳汁在喂養孩子，還有烏鴉銜著肉，在頭頂上飛翔，非常神奇，布就翎侯隨後抱起昆莫，帶到了匈奴，老上單於可憐昆莫，留在身邊撫養。昆莫長大成人後，單於將昆莫父親的部眾交還給昆莫，讓昆莫率領軍隊打仗，多次立功。在當時，月氏已經被匈奴人打敗，此後月氏向西攻打塞族人，塞族人向南逃得很遠，月氏人遂占領塞族人的領地。昆莫此後長大成人，越來越健壯，向老上單於請求，要為父親報仇，昆莫隨後率領軍隊向西攻打大月氏。大月氏向西遷徙，來到大夏國。昆莫劫掠了大月氏留下來的部眾，在當地發展，兵力稍強，恰巧老上單於去世，昆莫不願意再返回匈奴，臣服於軍臣單於。軍臣單於派出軍隊進攻昆莫，沒有取勝，匈奴人認為昆莫具有神力，因此而敬而遠之。現在匈奴剛被漢朝打敗，而昆莫原來居住的領地已經空虛。蠻夷懷戀故土，又喜歡漢朝的財物，在此時用重禮籠絡烏孫人，招他們回到原來居住的故地，漢朝再將公主嫁予昆莫為夫人，結為兄弟。烏孫國人根據形勢判斷，相信會與漢朝結為聯盟，這樣就斬斷了匈奴的右臂。漢朝再聯合烏孫國，向西將大夏等國招來作為藩臣。”武帝很讚賞張騫的分析，任命張騫為中郎將，率領三百人，每人準備二匹馬，還有上萬頭牛羊，再帶上金錢絲帛價值數千萬，又讓多人持副使節仗，在方便時，可以就近出使附近國家，而後將張騫派往烏孫國。張騫出使抵達烏孫國，將天子的意圖告知烏孫國人，沒有得到他們的肯定答複（詳情記載在《西域傳》中）。張騫又分別派出副使到大宛國、康居國、月氏國和大夏國，烏孫國派出翻譯為他們做向導。張騫帶著烏孫國的幾十位使者，數十匹馬，作為答謝禮物返回長安，也是乘此機會讓烏孫國人了解一下漢朝的情況，知道漢朝有多麼富有廣大。
張騫返回後，元鼎二年（公元前115年），武帝拜張騫為大行令。元鼎三年（公元前114年），張騫病故。又過去一年多，張騫派往通使大夏等國的副使，也帶著西域的使者返回長安，從此後，西域各國開始與漢朝交通使節。這一切均是從張騫鑿空西域開始，張騫建立了鑿通西域的豐功偉績，從此後，漢朝派往西域的使者均自稱為博望侯，以此來取信於西域諸國人，這樣西域國家才能相信漢朝派出的使者。再後來，烏孫國開始聘娶漢朝公主，與漢朝通婚。
此前，武帝曾經打開過《易經》占卜，《易經》中說：“有神馬將從西北方向來。”得到烏孫馬後，武帝將烏孫馬命名為“天馬”。等到得到了大宛國的汗血馬，更加強壯，武帝又將烏孫馬更名為“西極馬”，而將大宛馬稱為“天馬”。漢朝開始在令居以西修築要塞，設置酒泉郡，以作為通往西域各國的中間站。漢朝不斷地派出使者抵達安息國、奄蔡國、犛靬國、條支國、身毒國。武帝特別喜歡大宛的好馬，接馬的使者相望於道，絡繹不絕，多則數百人一批，少的也有一百餘人，漢朝使者持有的符節和帶往西域的禮物，完全模仿當年博望侯張騫出使時的情況。由於對西域的情況越來越了解，派往西域的使者也在逐漸減少。盡管如此，漢朝每年派往西域的使者，多者有十餘批，少的也有五六批，遠的，一去時間八九年，近的，幾年後即可以返回。
在當時，漢朝已經滅亡了南粵國，與蜀郡相聯的西南夷大為震驚，請求朝廷在當地設置官吏。武帝遂在西南夷故地設置牂柯郡、越巂郡、益州、沈黎郡、文山郡，希望將這些郡連接起來，一直通向大夏國。武帝不斷地派出使者，前後達十幾批，從這些新設置的郡出發，繼而在昆明又受到阻攔，有些使者被殺害，使者所攜帶的錢幣、禮物被蠻夷搶走。於是朝廷調動大軍，出兵昆明，殺了數萬的蠻夷。再後來朝廷繼續派出使者，還是不能通過（詳情記載在《西南夷傳》中）。
自從張騫鑿通西域，獲得了尊貴地位，那些底層官吏爭相上書，大談外國物產的稀奇古怪和通使的利害關係，請求出使西域。武帝考慮到出使西域路途遙遠、艱險，不是每個人都敢於冒險，武帝接受了他們的請求，授予他們出使的符信、節杖。招募官吏百姓，不考慮出身和經曆，讓這些人準備好行裝，然後派遣出去通使西域，受招募出使西域的人員很多。這些人派出去後，有些人不免掠奪、盜竊財物，甚至做出些違背出使目的的事情。武帝認為這些人熟悉西域情況，一邊對他們治以重罪，讓他們背負罪責，一邊再繼續派他們出使西域，戴罪立功。出使的目的多種多樣，對於出使人員的素質，考慮的較少。有些出使的官員信口開河，描述外國的物產，話說得大的，即被任命為正使，說得小的，即被任命為副使。還有些狂妄無行之徒競相效法，甚至將出使攜帶的禮物據為己有，而後在市場上出售獲利。西域的邦國也討厭漢朝派來的使者說話不著邊際，認為漢朝的軍隊距離遙遠，難以抵達西域，於是有些西域國家斷絕了使者的糧草，使得漢使陷入困境。漢使遇到這種情況，則抱怨西域人，甚至於攻打西域國家。樓蘭、姑師小國地處交通要道，曾經攻擊劫掠漢使王恢等人，甚至與匈奴騎兵相勾結，在半道上截殺漢使。出使西域的使者為此向武帝諫言征服西域小國。他們說，西域國人雖然築有城堡，軍隊的戰鬥力卻很弱，容易打敗。武帝於是派出從驃侯趙破奴，率領屬國騎兵和邊郡的漢軍數萬人，首先反擊匈奴，將匈奴打退。武帝元封三年（公元前108年），趙破奴攻破姑師國，擒獲樓蘭王。而後朝廷在酒泉郡設置亭障，亭障一直連接到玉門關。
西域大宛等國派出使者隨同漢朝使者來到長安，看到漢朝國家竟然如此強大，西域的使者把鴕鳥蛋和犛（lí）靬的魔術師獻予朝廷，武帝看到後很高興。漢朝使者在黃河的上遊找到黃河的發源地，山上有很多玉石，於是采集了大量玉石帶回來，武帝查閱古圖書，把黃河的發源地確定為在昆侖山。
當時，武帝正在海上巡遊，帶上這些西域來的客人，有意帶著他們經過大都市，以及人口繁華地區，一路上賞賜給他們許多財物、絲帛，讓他們帶上這些厚重的禮物返回西域，以展示漢朝國家的富有。西域來的客人在稠人廣眾麵前表演摔跤，雜技和展示各種怪物，圍觀的人很多，武帝大行賞賜，擺開酒池肉林，讓外國的客人參觀各個倉庫裏的府藏，以展示漢朝國家的財力雄厚，地域遼闊，西域來的客人看到後莫不驚歎。西域魔術師的奇幻表演、摔跤、雜技花樣翻新，也使得觀賞者興趣驟增，西域與漢朝的聯係越來越緊密。西域的外國使者，年複一年的往來，與漢朝通使。大宛以西的小國，認為漢朝距離遙遠，態度仍然傲慢，不肯輕易屈服，漢朝隻好用禮物對他們實施羈摩。
漢朝出使西域的人很多，少數人慫恿武帝，說大宛國有良馬，藏匿在貳師城，不肯給漢朝使者看。武帝對大宛馬產生了濃厚興趣，不覺心動，命令武士車令等人，帶上千金和一匹黃金鑄造的金馬，去換取大宛國貳師城的良馬。大宛國已經有很多漢朝來的物品，大宛國的大臣們商議：“漢朝距離我們如此遙遠，來往要經過羅布泊的鹽澤地帶，很多人死在那裏，從北道經過，有匈奴攔截，從南道經過，缺少水草，而且人煙稀少，沒有城郭，得不到糧食補充，漢朝派出的使者幾百人，由於缺乏糧食，常常在抵達這裏之前，即有很多人在途中死亡，怎麼可能再派遣大軍威脅到我們？貳師城裏的寶馬，是大宛國的國寶，不能給他們。”於是不答應漢朝使者的請求。漢朝使者大怒，口出狂言，將金馬砸碎，揚長而去。大宛國的貴族看到這種情況，大怒，說：“漢朝使者竟然敢輕慢我們！”於是驅逐漢朝派來的使者，同時令東邊的鬱成王半路攔截，殺掉漢使，奪取財物。武帝聽說此次出使西域不利，勃然大怒。曾經出使過大宛國的姚定漢等人說：“大宛國軍隊沒有什麼戰鬥力，隻要派出三千漢軍，使用漢朝的強弓硬弩，即可以攻破大宛城。”武帝曾經派浞野侯趙破奴進攻樓蘭國，七百漢軍騎兵率先抵達，擒獲樓蘭王，因此武帝認為姚定漢等人的話很有道理，武帝還想為受寵幸的李氏家族封侯，於是任命李廣利為將軍，派出漢朝大軍征討大宛國。