大宛王早有通汉之念，欣然派出向导，护送张骞来到大月氏国，此时大月氏的国情已发生很大变化。他们已在大夏建立了新王朝，改称“小月氏”，事农耕，国富民强。时过境迁，月氏已经不想再向匈奴复仇。张骞再三劝说无果，便仔细考察西域诸国的山川地理、风土民情，城镇人口及军力部署，牢牢记在心里。
归国途中，为了躲避匈奴骑兵，张骞等人改道向南，可惜再次被匈奴骑兵俘获。张骞等人被关押了一年多，适逢匈奴单于病逝，单于的弟弟与太子争权内讧，张骞乘乱逃走。
历尽千辛万苦，张骞和堂邑父衣衫褴褛地回到长安，手持破旧不堪的使节棒进到未央宫，拜倒在汉武帝大殿阶下，哽咽着禀报遭遇。汉武帝感慨万千，设宴款待张骞，仔细听取了对西域情况的汇报后，汉武帝很高兴，他胸中宏大的攻击匈奴战略成形。
汉武帝派遣卫青率大军进攻匈奴，让张骞做前导。张骞熟悉地形，大军何处宿营、何处饮水，制定进攻路线，为卫青出谋划策，为赢得胜利奠定了基础。
汉武帝听到捷报大喜，重赏出征将士。张骞被封为博望侯。
祁连山一带水草肥美，是匈奴人最钟爱的天然牧场。在汉军毁灭性的打击下，匈奴被迫撤退，丢了祁连山、河套平原。匈奴人悲伤酸涩地哀叹：
失我祁连山，
使我六畜不藩息。
失我胭脂山，
使我妇女无颜色。
通往西域之路洞开，张骞向汉武帝建议拉拢乌孙国：“厚赂乌孙，招以东居故地，汉遣公主为夫人，结昆弟，其势宜听，则是断匈奴右臂也。既连乌孙，自其西大夏之属皆可招来而为外臣。”
汉武帝觉得张骞说得有理，派他再次出使西域，与乌孙结盟，夹击匈奴，彻底铲除匈奴在西北的势力。
张骞这次出使声势浩大，随员300，牛羊万头，钱币绢帛数以千万。张骞一行千里迢迢赶到乌孙疆域（伊犁河谷、楚河流域），不想乌孙因王位之争政局不稳，猎骄靡年老气衰，实力大减，他为难地说：“年老国分，不能专制。”
乌孙贵族惧怕匈奴，汉武帝与乌孙结盟夹击匈奴的谋划落空。张骞尽管失望，却没有消极等待，他坐镇乌孙向中亚、西亚和南亚的大宛、康居、大月氏、大夏（新疆和田一带）、安息（伊朗高原古代国家名）、身毒（印度）等国派出副使，广泛联络。
为了说服乌孙与汉结盟，张骞请猎骄靡派使者出使长安，实地领略大汉的实力。出于礼貌，猎骄靡献天马数十匹，派遣使者跟随张骞来到长安。
长安城的巍巍城墙、繁华街市、威武军队使乌孙使者瞠目结舌，由衷叹服。返回都城后，乌孙使者向猎骄靡夸赞大汉国繁荣强盛，猎骄靡动了心，主动提出与汉朝和亲。
