張騫的孫子張猛，字子遊，頗有俊才，在元帝朝曾經擔任過光祿大夫，出使匈奴，兼任給事中，後來由於遭受石顯陷害，自殺。
李廣利，李廣利的妹妹李夫人受寵於武帝，生下昌邑哀王劉髆。武帝太初元年（公元前104年），武帝任命李廣利為貳師將軍，征發屬國六千騎兵及郡國的惡少年數萬人前往大宛國，此行是為了到貳師城奪取良馬，李廣利因此號稱為“貳師將軍”，原浩侯王恢擔任向導。向西經過羅布泊，沿途有些小國家據城堅守，不肯供給漢軍糧草，攻城也未能湊效。漢軍如果能夠攻下這些小國，即在當地取糧，如果攻不下來，幾天後就會撤軍離去。等到抵達鬱成國，漢軍隻剩下幾千人，而且疲憊不堪。進攻鬱成城，鬱成國人堅守，殺傷甚多。貳師將軍與左右商量：“連鬱成城都攻不下來，要想攻陷大宛國的都城，恐怕很難成功。”於是引軍撤回，來回二年，抵達敦煌時，剩下的漢軍已經不到出征時的十分之一二。貳師將軍派出信使向武帝奏報：“路途遙遠，糧食缺乏，部隊不怕打仗，但是怕挨餓。現在漢軍的減員很大，不足以攻下大宛城。希望暫時休整，經過休整後再出兵。”武帝聞報，大怒，派出使者擋在玉門關口，說：“部隊敢進入玉門關者，殺無赦。”貳師將軍害怕了，留在敦煌墾田。
武帝太初二年夏天，浞野侯趙破奴率領二萬漢軍，與匈奴作戰，全軍覆沒。朝廷的公卿們討論，均認為應該撤回討伐大宛的漢軍，傾全力對付匈奴。武帝認為已經出兵征討大宛，如果像大宛這樣的小國家都難以征服，那麼大夏等西域大國一定會輕視漢朝，大宛國的良馬沒有得到，烏孫國、輪台國也會相繼怠慢漢朝來往西域的使者，最終隻能遭到外國人恥笑。武帝將反對征討大宛的朝議者、鄧光等人加以懲罰。而後武帝大赦囚徒、盜寇，征發惡少年以及邊郡騎士，一年多後，漢軍從敦煌郡再次出兵，此次出征的漢軍達六萬餘人，還有自願隨軍的沒有包括在內。共有十萬頭牛，三萬匹馬，上萬頭驢、駱駝，用來馱運糧食，弓弩兵器，所需用的物資一應俱全，全國為之震動。為了征討大宛，武帝征調了很多人馬物資，參戰的校尉有五十餘人。大宛城中沒有水井，需要在城外汲取河水，武帝為漢軍安排了工匠，準備截斷通向大宛城中的水道，斷絕水源。在酒泉郡、張掖郡以北，武帝還增派了漢軍十八萬人，安置在居延澤、休屠，用以護衛酒泉郡。武帝征發了全國七種受貶謫的人，為貳師將軍提供後勤，一路上車載人扛，隊伍絡繹不絕，直達敦煌。武帝還安排了熟悉馬匹的兩名專家，擔任執馬、驅馬校尉，準備攻破大宛城後，挑選良馬。
貳師將軍率領大軍，浩浩蕩蕩地從敦煌郡出發，由於此次出征的漢軍兵多將廣，所經過的小國家莫不夾道歡迎，拿出糧食供應大軍。當抵達輪台時，輪台據守不降，漢軍發起連續進攻，數日後破城，漢軍大肆屠城。從這裏再向西，漢軍一路順利地抵達大宛城，抵達的漢軍還有三萬多人。大宛國軍隊出城迎擊漢軍，漢軍強弓硬弩猛射，大宛軍不得不退回城內，據城固守。貳師將軍想，可以先攻打鬱成城，又擔心軍隊滯留時間過久，大宛人會心生詭計，最終下定決心，先拿下大宛城，首先斷絕城中的水源，改變河水的流向，大宛城此時已經是甕中之鱉。城池遭受圍困，前後長達四十幾日，大宛的貴族們在一起商議：“大王不該藏匿良馬，殺害漢使，現在我們殺掉大王，獻出良馬，漢軍就會解圍。如果還不放過我們，到那時，我們再死戰，即使戰死也不遲。”大宛國的貴族們同意這個建議，於是殺了他們的大宛王。此時大宛外城已經被攻破，大宛的貴族將軍煎靡被漢軍擒獲。大宛人更加恐慌，退入內城，又一起商議，說：“漢軍之所以來攻打大宛國，就是因為我們的大王毋寡。”於是派人帶著毋寡的頭顱，送予貳師將軍，與漢軍談判：“漢軍停止進攻，我們獻出所有的良馬，讓漢軍挑選，同時供給漢軍糧食。如果不答應我們的請求，我們就隻好殺掉良馬，康居國的援軍很快就會到來。援兵到來後，我們在內城堅守，康居國援軍在外進攻，同時與漢軍作戰，到那時，你們再考慮一下，請做出選擇。”在當時，康居國看到漢軍強大，援軍遲遲不敢靠近。貳師將軍聽說大宛城裏有漢人，正在教大宛國人打井，而且城內的糧食還有很多。又想此次來就是為了誅殺首惡毋寡，毋寡的頭顱已經送到，如果還不答應要求，大宛城久攻不下，康居國的軍隊等到漢軍疲憊，伺機偷襲漢軍，救援大宛，漢軍恐怕要遭受損失。手下軍吏們也有同樣想法，於是漢軍答應了大宛國的請求。大宛國獻出了他們的良馬，讓漢軍任意挑選，又拿出很多的軍糧犒勞漢軍。漢軍挑選了幾十匹優等良馬，又挑選了中馬以下的母馬、公馬三千餘匹，然後立大宛的貴族昧蔡為大宛王，昧蔡對待漢使較為友善，漢軍與大宛國盟誓之後，撤軍返回。最終沒有進入大宛內城，漢軍凱旋而歸。
此前，貳師將軍從敦煌郡出發西征，因為人多，沿途的西域小國家已經難以滿足軍糧的需求，漢軍分為幾路大軍，從南北兩個方向並進。校尉王申生、原大鴻臚壺充國等一千餘人來到鬱成國，鬱成城堅守不降，也不肯供給軍糧。王申生距離漢的大軍有二百餘裏，因為輕敵，王申生強攻鬱成城。鬱成王發現王申生率領的漢軍很少，在淩晨，鬱成王派出三千人攻打漢軍，殺了王申生等人，有數人逃脫，回到貳師軍中。貳師將軍命令搜粟都尉上官桀率領漢軍前往，攻破鬱成城，鬱成國人投降。鬱成國王逃往康居國，上官桀率軍追至康居國。康居國聽說漢軍已經攻破大宛城，遂將鬱成王交給上官桀。上官桀命令四名騎士將鬱成王綁縛起來，交給大將軍。四位騎士商量後說：“鬱成王，是漢朝最痛恨的人，今天被生擒，如果就這樣送去，恐怕途中會發生不測。”就想要殺掉鬱成王，但是沒有人敢先動手，上邽縣人騎士趙弟拔出劍來，砍死鬱成王。上官桀等人隨後追趕上大將軍。
當初，貳師將軍第二次領軍西征，武帝派出使者告知烏孫國，詔令烏孫國人派出軍隊配合漢軍征討大宛國。烏孫國派出二千騎兵，但是首鼠兩端，徘徊觀望，不肯向前。貳師將軍率領漢軍返回，沿途經過的小國家聽說大宛城已經被攻破，均派出國中子弟跟隨漢軍來到長安，向朝廷貢獻，朝見天子，或者留在長安，作為人質。大軍凱旋而歸，進入玉門關，還有一萬多人，一千餘匹馬。第二次出征，並不缺乏軍糧，戰死者也不多，主要是將吏貪婪，不愛惜士卒，侵吞軍餉，很多士卒受到虐待，有許多人死亡。武帝考慮，這次是萬裏遠征，沒有責罰，武帝下詔說：“匈奴為害已久，現在雖然已經被趕到大漠以北，與其它西域小國仍然共謀，攔截大月氏的使節，殺害中郎將江、原雁門郡太守攘。危須國以西到大宛國合謀殺害期門郎車令、中郎將朝和身毒國的使節，阻斷通往西域的東西通道。貳師將軍李廣利此次討伐罪人，大敗大宛國。托庇上天的護佑，翻越昆侖山，渡過大沙漠，一直打到西海，雪山不能阻擋我大漢軍隊，我士大夫率領著大軍一路向前，斬獲反王頭顱，繳獲的珍稀寶物堆滿了闕門前邊。封李廣利為海西侯，食邑八千戶。”武帝又封了斬殺鬱成王的趙弟為新畤侯；軍正趙始成功勞最大，封為光祿大夫；上官桀敢於深入敵陣，封為少府；李哆（duō）有計謀，封為上黨郡太守。軍中的官吏受封為九卿的有三人，擔任諸侯國相、郡太守、二千石官員的有一百餘人，千石以下的官員有千餘人。自願從軍的戰士，受到的封賞超過他們原來的想象；因為犯罪而從軍的，一律免除罪刑。出征士卒受到的賞賜達到四萬錢。征討大宛，前後兩次共耗費四年時間，終告結束。
此後又過去十一年，在武帝征和三年（公元前90年），貳師將軍率領七萬騎兵從五原郡出發，征伐匈奴，抵達郅居河，兵敗，投降匈奴，後來李廣利被狐鹿姑單於殺害（詳情記載在《匈奴傳》中）。
讚辭如下：《禹本紀》中記載，說黃河發源於昆侖山，昆侖山高二千五百餘裏，日月照耀，山中透露出來的光線若隱若現。自從張騫出使大夏國後，找到了黃河源頭，這是書中所描繪的昆侖山嗎？談論九州山川，《尚書》還較為可信。至於《禹本紀》、《山經》中所記載的九州山川，均有些誇大其辭！