武帝为了得到大宛汗血宝马，两度兴兵攻打万里之外的大宛，前后历时三年之久。汉朝的军队在严酷的自然环境和李广利拙劣的指挥下伤亡巨大，在沙卤盐泽中留下数万具尸体后，才终于换回了3000余匹汗血马。
兴兵索马
从元鼎二年（前115）张骞通西域起（“丝绸之路”从此开通），汉朝吏民请求出使外国的上书就不断地递上武帝案头。这些人竞相夸饰外国的奇珍异宝，吹得天花乱坠，吹得大的被任命为使者，吹得小的被任命为副使。一年中出使西域的汉朝使团少则五六拨，多则十几拨，每批使者少的带着百余名随从，多的甚至带着几百人。这些所谓的使者都只是把出使当成发财的捷径。他们私下里带上汉朝的丝绸和茶叶，到达西域各国后再换成当地的特产，运回国内再狠赚一笔。
这时汉朝连年与匈奴作战，对马匹需求很大，西域盛产的良马也就成为汉使往来的主要目的之一。太初元年（前104），一个从大宛回来的使者告诉武帝，大宛贰师城产马最为神俊，但大宛国王藏了起来，不肯给汉朝使者。武帝听说后，马上让另一个使者带上大量黄金和一匹黄金打造的马前往大宛，一定要把贰师城的宝马弄到手。使者带着黄金兴冲冲来到大宛，谁知大宛国王还是看不上这些财物，不肯交换。使者一气之下，当场砸坏了带来的金马，又口出恶言，愤愤而去。最后使者没能活着走进玉门关，大宛国王派人在半路杀死了他，又把财物劫掠一空。
汉使被杀的消息传到长安，武帝恼怒异常，准备兴兵讨伐大宛。其他几个使者揣摩了武帝的心思，也跟着说：“大宛军力弱，陛下您只需要派出3000士兵，一阵弓弩乱射，就足以让他们屁滚尿流了。”这样，武帝下了武力讨伐大宛的决心，又想到宠妃李夫人的哥哥李广利还没有军功不能封侯，正好把这个软柿子送给他。于是武帝满打满算发兵近2万，拜李广利为贰师将军，让他率军前往大宛讨取宝马。
初战失败
同年八月，汉朝远征军出玉门西行，向大宛出发。手握兵符的李广利刚上路时非常得意，觉得自己旌旗所向之处，自然是望风投降。但残酷的现实很快打破了他的幻想。汉军自从越过盐泽起，沿途的西域诸国全都闭城自守，不肯接纳汉军。汉军在野外无粮可采，无水可饮，只好一路攻城。这样一路走一路打，士兵损失不断增加，到达大宛时，近2万人的部队只剩下了几千人。李广利这才清醒过来，不敢再往前走，率军掉头回撤。太初二年（前103）冬，历尽千辛万苦的汉朝远征军终于凄惨地撤回到敦煌，部队至此只剩下了不到2000人。
取马班师
为了掩盖自己的无能，李广利派人到长安上书武帝说：“大宛路途绝远，粮食不敷食用，再打下去也很难获胜，不如暂且罢兵。”武帝看了，不禁大为光火。先前武帝听使者说大宛兵弱，3000人就可奏功，所以特意把这个十拿九稳的功名送给李广利，可李广利大败归来，竟还想就此打退堂鼓，上书请求罢兵。这要是真的罢兵，汉朝在西域辛苦建立的威信必将扫地无余。于是武帝一面急派使者传旨给李广利，不许退入玉门关半步，否则立杀无赦；一面重新制订军事计划，发兵调粮，前往增援李广利。
从太初二年底到太初三年（前102）初，武帝陆续赦免囚徒为兵，又调发边郡骑兵，前后派往敦煌增援李广利的军队总数达到6万人。武帝还调集10万头牛、3万匹马、万余匹骆驼转运粮草，东起渤海，西到陇山，押运粮食前往敦煌的民夫相望于道，天下骚动。
到了太初三年春天，远征军终于再次开出敦煌，向西域进发。这一次，卯足了劲头准备苦战的汉朝军队所向披靡，兵不血刃，所到之处，沿途诸国全部开城投降，提供粮草。这样长驱直入，一路“杀”到大宛，大宛王还试图负隅顽抗，率军前来迎击，结果宛军布阵尚未成列，就被汉军迎头一阵弩箭射得大败，只好逃回城里，负城坚守。于是李广利断绝城中水源，连攻40多天。
这时虽然大宛王还有心抵抗，他手下的官员却再也不肯陪他送死了，他们杀掉大宛王，开城投降。于是李广利从贰师城选马3000匹，奏凯班师。汉军第二次远征西域，器械精良，粮食充足，但由于李广利驭将无方，造成汉军士兵沿途死亡，依然达到万余之多。不过这时武帝已经不会计较这点了，他兴高采烈地封李广利为海西侯，食邑四千户。于是汉朝将士抛洒在万里绝域中的累累白骨，终于垒成了李广利的“赫赫”功名。
