自从汉高祖在白登被匈奴包围，只得同匈奴"和亲"以来，汉朝在与匈奴关系中曾屈辱了几十年。到了汉武帝即位后,发动了对匈奴的反击战争。卫青、霍去病等名将率军连战连捷，匈奴一败涂地，河套、河西等地被汉朝夺取。汉军又深入漠北，发动了著名的漠北大战，重创匈奴主力，仅霍去病所部就斩杀匈奴七万余人。

但漠北大战并不意味着汉匈战争的结束。惨败的匈奴采取了放弃漠南地区，退居漠北的策略。由于漠北之地距离汉朝太遥远，频繁对漠北发动远征对汉朝来说后勤负担太重。此时汉武帝想到了张骞在出使西域后，提出的通过结好西域各国来"断匈奴右臂"的策略。在与汉朝敌对的情形下，西域成为匈奴对外贸易，获取物资的唯一途径。如果汉朝能控制西域，就能实现对匈奴的围困，逐渐将其绞杀。汉武帝就此制订了夺取西域的计划。

元狩四年(前119年)，汉武帝在派卫青、霍去病率兵大举北伐漠北的同年，任命张骞为中郎将, 带领 300人的庞大使团出使西域。此次出使让西域各国了解到汉朝地域辽阔、人殷物阜的情况，各国对汉朝更加重视。很快，乌孙、大夏、大宛等西域各国的使者相继来到长安, 汉朝在西域影响力大大增强。

但单纯的经济拉拢手段并不足以控制西域。此时的西域只是了解到汉朝的富饶，却没有认识到汉军的威力。它们自以为汉朝距离遥远，汉军绝无法威胁到自己，便对汉朝十分不恭敬，经常勒索和抢劫汉朝使者，而对匈奴十分畏惧和恭顺。

其中，西域的大宛国（今乌兹别克斯坦境内）以良马著称于世，但国王不肯出售给汉朝。汉朝与匈奴作战，良马资源十分重要，汉武帝派使者携带重金及金马前往大宛买马。大宛自认为汉朝遥远, 不可能派大军前来, 因此拒绝向汉使出售马匹。汉朝使者大怒，便怒骂大宛人，将金马锥破后离去。大宛王随后密令大宛东部的郁成城出兵截杀汉使，将财物全部劫走。

汉武帝得知此消息，认为这是大汉的战略机遇啊，正愁没有出兵西域的口实，汉武帝立即发兵。太初元年（前104年），汉任命李广利为贰师将军，率领骑兵六千及由各地"恶少"组成的部队出发讨伐大宛。

汉朝距离大宛有万里之遥，汉军在路上遇到的最大问题就是后勤问题。西域地区大多是戈壁沙漠，汉军要取得补给，必须得到路途之上西域国家的支持。但是，这些西域小国都对汉军紧闭城门，拒绝提供粮草。饥肠辘辘的汉军将士们在路途中大量死亡，等到了大宛时已经死亡大半，结果被大宛击败逃回。

汉武帝得知李广利等人逃回了玉门关外，大怒，说："大宛区区小国都不能攻下，我大汉国威扫地，这样不仅得不到大宛良马，西域国家也再看不起我们"。随即命令李广利等不得入关，重新征发六万大军，再次进攻大宛。至于后勤问题？谁敢不给粮草，就给我灭了他啊。

这一回出征，在汉军的武力威慑下，各个小国感到恐惧，纷纷主动开城，献上粮草给养。但是，汉军抵达西域的轮台国时，该国却坚持不给汉军粮草。轮台怎么这么特殊？原来，该国和匈奴的关系十分密切，匈奴在西域的官员僮仆都尉曾驻扎此地，该国多次配合匈奴劫杀出使西域的汉朝使者。轮台自以为有匈奴做后台，城池又坚固，便拒不开城。此时整个西域的眼睛都盯着轮台，如果拒给粮草的轮台不受惩戒，可以想见，之后路途的数十小国恐怕都会有样学样，汉军将再次因后勤不济失败。此时李广利不再心慈手软，下令汉军围城猛攻，连攻数日突入轮台城内，杀红眼的汉军将城中男女老幼斩杀殆尽，又一把火把城池烧成白地，轮台国就此消失。

轮台全国被屠灭的消息传出，西域诸国吓坏了，"大恐"，从此再不敢对汉朝的军事行动不予配合，纷纷开门迎接汉军。汉军给养充足，一路畅通无阻的抵达大宛。经过激战，攻破了大宛国都贵山城，取得几千匹良马，立大宛国亲近汉朝的贵族为大宛王。汉军还派偏师攻破郁成城，曾劫杀汉使的郁成城主向康居国逃亡，仍然没有逃得性命，不依不饶的汉军派出轻骑千里追击，终将其斩杀，至此汉军伐大宛取得全胜。

汉军万里征伐大宛影响深远。经过汉军两次远征, 西域国家对汉朝的国威有了认识，从此不敢再刁难和杀害汉朝使者，西域道路畅通无阻。西域国家开始纷纷脱离匈奴控制，倒向汉朝，大批西域使者来到汉朝进贡，并派出质子到汉朝。大宛国每年向汉朝贡献天马，汉使还从大宛带回葡萄、苜蓿等种子。被汉军屠灭的轮台国成为空地，汉朝派出官吏率屯田兵在其地驻屯开垦，为西域都护府的建立奠定了基础。