大月氏王格外钦佩中原使者坚韧的毅力,但对汉武帝联合攻击匈奴的提议并不感兴趣,他告诉张骞,大月氏部落已经逐渐由游牧生活过渡到安居,已经无意东还。
张骞在大月氏滞留了一年,他途经西域数国,足迹遍及天山南北和中亚 、西亚各地,深入了解了西域社会和风俗习惯。如果能打通河西走廊,这条沟通汉帝国和西域的咽喉要道,中原和西域的贸易往来就可以畅通无阻,张骞决定尽快返回长安。
为了避开匈奴控制区,张骞通过青海羌人区,再次翻越帕米尔高原,沿昆仑山北麓,经莎车 、于阗(今天的和田),迂回北上返回长安。可此时的羌人也沦为匈奴的附庸,张骞再次成为匈奴骑兵的俘虏,惊奇的是匈奴首领再次宽恕了他。
公元前126年春,匈奴军臣单于病逝,张骞抓住机会,带着匈奴妻子再次出逃返回长安,13年后,当再次望见巍峨的长安城,张骞匍匐在地,长跪不起。
张骞将西域丰富的物产和奇异的风俗以及山川地貌向汉武帝和大臣做了详细汇报,张骞13年的出使经历,对汉帝国来说是令人振奋地理大发现,汉武帝命使官司马迁收录在《史记.大宛列传》中,成为后人了解西域最宝贵的资料。
司马迁赞张骞的壮举有“凿空”之功,张骞的所见所闻让处于亚洲东部的汉帝国目光可看到西域,中亚,南亚,一直到罗马帝国,使汉武帝最终坚定了打败匈奴的信心,打通河西走廊这条通往西域的必经通道,斩断匈奴的右翼,成为汉武帝的国家战略。
三年后,公元前123年二月到四月,大将军卫青,率六路大军先后两次进攻匈奴,汉武帝命张骞跟随卫青出击漠北,张骞利用他熟悉匈奴军队特点具有沙漠行军经验和丰富地理知识的优势,为汉军做向导,指点行军路线,和扎营布阵的方案,司马迁在《史记》里写道,张骞“知水草处 军得以不乏”,确保了战役的胜利。
战后论功行赏,汉武帝封张骞“博望侯”,张骞是河西走廊坚韧不拔的探路者。当时,亚欧大陆上,亚洲西部的恒河平原,古印度的孔雀王朝刚刚落下帷幕,波斯安息王朝正在崛起,欧洲南部“罗马”的帝国已经诞生,罗马的东征与地处欧亚大陆东端的汉帝国西征几乎在同一时期进行。此时,汉帝国与匈奴的对决已愈演愈烈。