贰师将军率领大军，浩浩荡荡地从敦煌郡出发，由于此次出征的汉军兵多将广，所经过的小国家莫不夹道欢迎，拿出粮食供应大军。当抵达轮台时，轮台据守不降，汉军发起连续进攻，数日后破城，汉军大肆屠城。从这里再向西，汉军一路顺利地抵达大宛城，抵达的汉军还有三万多人。大宛国军队出城迎击汉军，汉军强弓硬弩猛射，大宛军不得不退回城内，据城固守。贰师将军想，可以先攻打郁成城，又担心军队滞留时间过久，大宛人会心生诡计，最终下定决心，先拿下大宛城，首先断绝城中的水源，改变河水的流向，大宛城此时已经是瓮中之鳖。城池遭受围困，前后长达四十几日，大宛的贵族们在一起商议：“大王不该藏匿良马，杀害汉使，现在我们杀掉大王，献出良马，汉军就会解围。如果还不放过我们，到那时，我们再死战，即使战死也不迟。”大宛国的贵族们同意这个建议，于是杀了他们的大宛王。此时大宛外城已经被攻破，大宛的贵族将军煎靡被汉军擒获。大宛人更加恐慌，退入内城，又一起商议，说：“汉军之所以来攻打大宛国，就是因为我们的大王毋寡。”于是派人带着毋寡的头颅，送予贰师将军，与汉军谈判：“汉军停止进攻，我们献出所有的良马，让汉军挑选，同时供给汉军粮食。如果不答应我们的请求，我们就只好杀掉良马，康居国的援军很快就会到来。援兵到来后，我们在内城坚守，康居国援军在外进攻，同时与汉军作战，到那时，你们再考虑一下，请做出选择。”在当时，康居国看到汉军强大，援军迟迟不敢靠近。贰师将军听说大宛城里有汉人，正在教大宛国人打井，而且城内的粮食还有很多。又想此次来就是为了诛杀首恶毋寡，毋寡的头颅已经送到，如果还不答应要求，大宛城久攻不下，康居国的军队等到汉军疲惫，伺机偷袭汉军，救援大宛，汉军恐怕要遭受损失。手下军吏们也有同样想法，于是汉军答应了大宛国的请求。大宛国献出了他们的良马，让汉军任意挑选，又拿出很多的军粮犒劳汉军。汉军挑选了几十匹优等良马，又挑选了中马以下的母马、公马三千余匹，然后立大宛的贵族昧蔡为大宛王，昧蔡对待汉使较为友善，汉军与大宛国盟誓之后，撤军返回。最终没有进入大宛内城，汉军凯旋而归。

此前，贰师将军从敦煌郡出发西征，因为人多，沿途的西域小国家已经难以满足军粮的需求，汉军分为几路大军，从南北两个方向并进。校尉王申生、原大鸿胪壶充国等一千余人来到郁成国，郁成城坚守不降，也不肯供给军粮。王申生距离汉的大军有二百余里，因为轻敌，王申生强攻郁成城。郁成王发现王申生率领的汉军很少，在凌晨，郁成王派出三千人攻打汉军，杀了王申生等人，有数人逃脱，回到贰师军中。贰师将军命令搜粟都尉上官桀率领汉军前往，攻破郁成城，郁成国人投降。郁成国王逃往康居国，上官桀率军追至康居国。康居国听说汉军已经攻破大宛城，遂将郁成王交给上官桀。上官桀命令四名骑士将郁成王绑缚起来，交给大将军。四位骑士商量后说：“郁成王，是汉朝最痛恨的人，今天被生擒，如果就这样送去，恐怕途中会发生不测。”就想要杀掉郁成王，但是没有人敢先动手，上邽县人骑士赵弟拔出剑来，砍死郁成王。上官桀等人随后追赶上大将军。

当初，贰师将军第二次领军西征，武帝派出使者告知乌孙国，诏令乌孙国人派出军队配合汉军征讨大宛国。乌孙国派出二千骑兵，但是首鼠两端，徘徊观望，不肯向前。贰师将军率领汉军返回，沿途经过的小国家听说大宛城已经被攻破，均派出国中子弟跟随汉军来到长安，向朝廷贡献，朝见天子，或者留在长安，作为人质。大军凯旋而归，进入玉门关，还有一万多人，一千余匹马。第二次出征，并不缺乏军粮，战死者也不多，主要是将吏贪婪，不爱惜士卒，侵吞军饷，很多士卒受到虐待，有许多人死亡。武帝考虑，这次是万里远征，没有责罚，武帝下诏说：“匈奴为害已久，现在虽然已经被赶到大漠以北，与其它西域小国仍然共谋，拦截大月氏的使节，杀害中郎将江、原雁门郡太守攘。危须国以西到大宛国合谋杀害期门郎车令、中郎将朝和身毒国的使节，阻断通往西域的东西通道。贰师将军李广利此次讨伐罪人，大败大宛国。托庇上天的护佑，翻越昆仑山，渡过大沙漠，一直打到西海，雪山不能阻挡我大汉军队，我士大夫率领着大军一路向前，斩获反王头颅，缴获的珍稀宝物堆满了阙门前边。封李广利为海西侯，食邑八千户。”武帝又封了斩杀郁成王的赵弟为新畤侯；军正赵始成功劳最大，封为光禄大夫；上官桀敢于深入敌阵，封为少府；李哆（duō）有计谋，封为上党郡太守。军中的官吏受封为九卿的有三人，担任诸侯国相、郡太守、二千石官员的有一百余人，千石以下的官员有千余人。自愿从军的战士，受到的封赏超过他们原来的想象；因为犯罪而从军的，一律免除罪刑。出征士卒受到的赏赐达到四万钱。征讨大宛，前后两次共耗费四年时间，终告结束。

此后又过去十一年，在武帝征和三年（公元前90年），贰师将军率领七万骑兵从五原郡出发，征伐匈奴，抵达郅居河，兵败，投降匈奴，后来李广利被狐鹿姑单于杀害（详情记载在《匈奴传》中）。

赞辞如下：《禹本纪》中记载，说黄河发源于昆仑山，昆仑山高二千五百余里，日月照耀，山中透露出来的光线若隐若现。自从张骞出使大夏国后，找到了黄河源头，这是书中所描绘的昆仑山吗？谈论九州山川，《尚书》还较为可信。至于《禹本纪》、《山经》中所记载的九州山川，均有些夸大其辞！