首使西域
建元二年(前139年)，张骞率领100多名随行人员，匈奴人堂邑父为向导从长安出发前往西域。西行进入河西走廊。这一地区自月氏人西迁后，已完全为匈奴人所控制。正当张骞一行匆匆穿过河西走廊时，不幸碰上匈奴的骑兵队，全部被抓获。匈奴的右部诸王将立即把张骞等人押送到匈奴王庭(今内蒙古呼和浩特附近)，见当时的军臣单于(老上单于之子)。
张骞出使西域军臣单于得知张骞衣出使月氏后，对张骞说：“月氏在吾北，汉何以得往?使吾衣使越，汉肯听我乎?”这就是说，站在匈奴人的立场，无论如何也不容许汉使通过匈奴人地区，去出使月氏。就像汉朝不会让匈奴使者穿过汉区，到南方的越国去一样。张骞一行被扣留和软禁起来。匈奴单于为软化、拉拢张骞，打消其出使月氏的念头，进行了种种威B利有，但均未达到目的。张骞“不辱君命”、“持汉节不失”。
始终没有忘记汉武帝所交给自己的神圣使命，没有动摇为汉朝通使月氏的意志和决心，在匈奴一直留居了十年之久。元光六年(前129年)，匈奴监视渐有松弛，张骞趁匈奴人不备带领其随从，逃出了匈奴人的控制区。但在留居匈奴期间，西域的形势已发生了变化。月氏的敌国乌孙，在匈奴支持和唆使下西攻月氏，月氏人被迫从伊犁河流域继续西迁，进入咸海附近的妫水地区，征服大夏，在新的土地上另建家园。
张骞大概了解到这一请况，经车师后没有向西北伊犁河流域进发，而是折向西南，进入焉耆，再溯塔里木河西行，过库车、疏勒等地，翻越葱岭，直达大宛(今乌兹别克斯坦费尔干纳盆地)。
这是一次极为艰苦的行军。大戈壁滩上，飞沙走石，热浪滚滚;葱岭高如屋脊，冰雪皑皑，寒风刺骨。沿途人烟稀少，水源奇缺。加之匆匆出逃，物资准备又不足。张骞一行，风餐露宿，备尝艰辛。干粮吃尽了，就靠善色的堂邑父色杀禽兽聊以充饥。不少随从或因饥渴倒毙途中，或葬身黄沙、冰窟，献出了生命。
张骞出塞张骞到大宛后，向大宛国王说明了自己出使月氏的使命和沿途种种遭遇，希望大宛能派人相送，并表示今后如能返回汉朝，一定奏明汉皇，送他很多财物，重重酬谢。大宛王本来早就风闻东方汉朝的富庶，很想与汉朝通使往来，但苦于匈奴的中梗阻碍，未能实现。汉使的意外到来，使他非常高兴。张骞的一席话，更使他动心。于是满口答应了张骞的要求，热请款待后，派了向导和译员，将张骞等人送到康居(今乌兹别克斯坦和塔吉克斯坦境内)，康居王又遣人将他们送至大月氏。不料，这时大月氏人，由于新的国土十分肥沃，物产串富，并且距匈奴和乌孙很远，外敌寇扰的危险已大大减少，改变了态度。
当张骞向他们提出建议时，他们已无意向匈奴复仇了。加之，他们又以为汉朝离月氏太远，如果联合攻击匈奴，遇到危险恐难以相助。张骞等人在月氏逗留了一年多，但始终未能说服月氏人与汉朝联盟夹击匈奴。在此期间，张骞曾越过妫水南下，抵达大夏的蓝氏城(今阿富汗的汗瓦齐拉巴德)。元朔元年(前128年)动身返国。归途中，张骞为避开匈奴势力，改变了行军路线。计划走塔里木盆地南部，昆仑山北麓的“南道”，从莎车，经于阗(今和田)、鄯善(今若羌)，通过青海羌人地区后归汉。但出乎意料，羌人也已沦为匈奴的附庸，张骞等人再次被匈奴骑兵所俘，又扣留了一年多。元朔三年(前126年)初，匈奴为争夺王位发生内乱，张骞趁机和堂邑父逃回长安。从武帝建元二年(前139年)出发，至元朔三年(前126年)归汉，共历十三年。出发时是一百多人，回来时仅剩下张骞和堂邑父二人。
张骞出塞 图张骞这次远征，未能达到同大月氏建立联盟，以夹攻匈奴的目的，但产生的实际影响和所起的历史作用是巨大的成功。秦始皇北却戎狄，筑长城，以护中原，但其西界不过临洮，玉门之外的广阔的西域，尚为中国政治文化势力所及。张骞第一次通使西域，使中国的影响直达葱岭以西。自此，不仅西域同内地的联系日益加强，而且中国同中亚、西亚，以至南欧的直接交往也建立和密切起来，此诚之谓“凿空”。
张骞第一次出使西域，不仅是一次极为艰险的外交旅行，同时也是一次卓有成效的科学考察。张骞对广阔的西域进行了实地的调查研究工作，不仅亲自访问了西域各国和中亚的大宛、康居、大月氏和大夏诸国，而且从这些地方又初步了解到乌孙(巴尔喀什湖以南和伊犁河流域)、奄蔡(里海、咸海以北)、安息(即波斯，今伊朗)、条支(又称大食，今伊拉克一带)、身毒(又名天竺，即印度)等国的许多请况。回长安后，张骞将其见闻，向汉武帝作了详细报告，对葱岭东西、中亚、西亚，以至安息、印度诸国的位置、特产、人口、城市、兵力等，都作了说明。
这个报告的基本内容为司马迁在《史记·大宛列传》中保存下来。这是中国和世界上对于这些地区第一次最详实可靠的记载，是世界上研究上述地区和国家的古地理和历史的最珍贵的资料。汉武帝对张骞这次出使西域的成果，非常满意，特封张骞为太中大夫，授堂邑父为“奉使君”，以表彰他们的功绩。
二使西域
元狩四年(前119年)，在失去河西走廊后，匈奴向西北退却，依靠西域诸国的人力、物力，与西汉对抗。汉武帝再任张骞为中郎将，率300多名随员，携带金币丝帛等财物数千巨万，牛羊万头，第二次出使西域。此行的目的，一是招与匈奴有矛盾的乌孙东归故地，以断匈奴右臂;二是宣扬国威，劝说西域诸国与汉联合，使之成为汉王朝之外臣。张骞到达乌孙时，恰逢乌孙内乱，没有达到劝说乌孙东归的目的。不过，张骞的副使则分别访问了中亚的大宛、康居、大月氏、大夏等国，扩大了西汉王朝的政治影响，增强了相互间的了解。张骞一行偕乌孙使者数十人于元鼎二年(前115年)返抵长安。
张骞张骞两次出使西域，促进了中西经济文化交流。此后，汉朝和西域各国经常互派使者，大者数百，少者百余人。促进了双方贸易的发展，形成了“商胡贩客，日款于塞下”的景象。但是，处于西域东端的楼兰、姑师(后称车师)仍在匈奴的控制之下，他们在匈奴的挑唆下，经常出兵攻杀汉朝使者，劫掠商旅财物，成为汉通往西域的严重障碍。为确保西域通道，汉将赵破奴、王恢于元封三年(前108年)率700轻骑突袭楼兰，后赵破奴又率军数万击破姑师，并在酒泉至玉门关一线设立亭障，作为供应粮草的驿站和防守的哨所。
元鼎二年(前115年)随张骞至长安的乌孙使者回国，报告汉王朝的强盛后，增强了乌孙王昆莫对汉王朝的信任。他再次派使者到长安，表示愿得尚汉公主，为昆弟，请求与汉和亲。元封六年(前105年)，汉武帝把江都王刘建之女细君作为公主嫁给昆莫，并赐乘舆服御物，为备官属宦官侍御数百人。
细君死后，汉王朝又将楚王刘戊之女解忧公主嫁给乌孙王岑陬。这两次和亲，对于巩固汉与乌孙的友好关系，使乌孙成为汉在西方牵制匈奴的一支重要力量，以及发展双方经济、文化交流等，都起到了积极作用。为了打破匈奴对大宛的控制并获得大宛的汗血马，汉武帝还于太初元年(前104年)和太初三年(前102年)两次派贰师将军李广利西征大宛，迫使大宛进贡良马几十匹，中马以下牡牝三千余匹。沿途中亚各国听说汉军征服了大宛国，无不大受震动。
各国王公贵族纷纷派遣子侄跟随汉军回到中原，他们为汉武帝呈上贡品，并留在汉朝作为人质，表示对汉武帝的效忠。至此，张骞定下的用外交手段和贸易来扩张汉王朝在中亚影响力的策略取得了成功。此后，汉政府在楼兰、渠犁(今新疆塔里木河北)和轮台(今新疆库车县东)驻兵屯垦，置校尉。这是汉在西域最早设立的军事和行政机构，为后来设西域都护创造了条件。
汉武帝和张骞的成功谋略为中国赢得了贸易、建设和统一的保障，对东西方历史都具有深远的意义。汉武帝元封六年(前105年)，汉使沿着张骞的足迹，来到了今伊朗境内，并拜见了安息国国王。汉朝使臣在献上了了华丽光洁的丝绸，安息国王非常高兴，以鸵鸟蛋和一个魔术表演团回赠汉武帝，这标志着连接东方的中国和西方的罗马帝国的丝绸之路正式建立。在之后的岁月中，不论在东方还是在西方，张骞的名字都被人们所牢记。
使汉朝与西域各国建立了友好关系，西域第一次与内地联系成一体，促进了西域社会的进步，也丰富了中原的物质生活。由于张骞等人的沟通，此后汉朝和西域的经济文化交流频繁。
天马，汗血马等良种马传入，葡萄、核桃、苜蓿、石榴、胡萝卜和地毯等传入内地，丰富了汉族的经济生活。汉族的铸铁、开渠、凿井等技术和丝织品、金属工具等，传到了西域，促进了西域的经济发展。
丝绸之路张骞不畏艰险，两次出使西域，沟通了中国同西亚和欧洲的通商关系，中国的丝和丝织品，从长安往西，经河西走廊，今新疆境内，运到安息(今伊朗高原和两河流域)，再从安息转运到西亚和欧洲的大秦(罗马)，开拓了历史上著名的“丝绸之路”。史学家司马迁称赞张骞出使西域为“凿空”，意思是“开通大道”。
抗击匈奴元朔六年(前123年)二月和四月，大将军卫青，两次出兵进攻匈奴。汉武帝命张骞以校尉，从大军出击漠北。元狩二年(前121年)，张骞奉命与“飞将军”李广，率军出右北平(今河北东北部地区)，进击匈奴。元狩四年(前119年)，汉武帝命张骞为中郎将，第二次出使西域，联合乌孙抗击匈奴。张骞派遣副使分别赴大宛、康居、大月氏、安息、身毒、于阗、扜弥等国展开外交活动，足迹遍及中亚、西南亚各地，最远的使者到达地中海沿岸的罗马帝国和北非，长久以来西北边防的隐患逐渐消弭。
西域归汉
张骞二次出使西域回汉，带来了乌孙国的使者，“因令窥汉，知其广大”后，
张骞像乌孙国与西汉开始在平等的基础上友好交往。此后的一年时间内，张骞在乌孙国所遣持节副使也与西域诸国使者相继归汉，汉与西域诸国正式开始平等友好的交往，汉与西域诸国外交活动的第一个高潮开始到来。张骞出使西域,接触到西域各国的风土人请，是汉朝开始对西域各国有所了解，使汉朝与西域建立了友好关系，为后来西汉政府设置西域都护府，使西域正式归西汉政府管辖打下了基础。
汉朝使者不断往来于西域诸国，一年多则十几次，少则五六次，都用“博望侯”的名义，以取信于各国。汉宣帝神爵二年(前60年)，西汉政府设置了西域都护府，总管西域事物，保护往来的商旅。从此，西域正式归于中央政权的统治下。
张骞被誉为伟大的外交家、探险家，是“第一个睁开眼睛看世界的中国人”、“丝绸之路的开拓者”、“东方的哥轮布”。
