大宛（今蘇聯中亞費爾幹納盆地）地處西域，以產汗血馬聞名。漢武帝欲改良馬種，遣使求購，遭拒絕，使者被殺。太初元年（西元前104）末，以李廣利為貳師將軍，率數萬人西攻大宛。因道遠饑疲，次年，半途被鬱成（位大宛東）王擊敗，還師敦煌（今屬甘肅），士卒僅剩十之一二。武帝深感有損國威，擔心西域各國依附匈奴，決計再度出兵。三年，李廣利率兵6萬，組織龐大輜重隊伍，分兵從南、北道進擊大宛王都貳師城（今蘇聯安集延南），並遣少量部隊攻打鬱成。3萬漢軍圍貳師城後，斷其水源，激戰440餘日，城內恐慌，大宛貴族殺國王求和。李廣利取良馬還師。戰後，西域各國與漢王朝的交往逐漸增多。