但問題是，想要找到大月氏，就必然要經過西域。于是，公元前139年，尋找大月氏的任務交給了一個叫張騫的年輕勇士。他帶領由100多名熱血青年組成的使節團，踏上了一條前所未有的冒險之旅。
然而，這場第一次探索西域的旅程，張騫走得極為艱苦。一路上危險重重，風餐露宿，很多人都命喪途中，其艱難程度堪比西天取經。
直到公元前126年，張騫才得以回到漢朝。此時已經過去了13年，出發時的100多人，回來時卻僅剩下張騫和他的一個隨從。原本意氣風發的少年，也變成了一個滄桑的中年人，不禁令人唏噓不已。
史書中有人質疑張騫，認為他不如軍密，甚至稱他為漢奸。
但實際上，盡管張騫此行因大月氏國富民安、忘卻了仇恨而拒絕聯合，沒能完成漢武帝最初的構想，但這次出使卻使漢朝對西域各國的風土人情、地理位置、兵力等相關情報有了深入了解，為以后開拓西域提供了重要線索
史學家司馬遷稱贊張騫出使西域“鑿空”，意思是開通大道。此次西漢也完成了經略西域的第一步。
通過張騫的情報，漢朝雖然已經明確了溝通西域的路線，但當時中原地區通往西域的咽喉要道——河西走廊，卻還在匈奴的控制之下。
于是，漢武帝派遣霍去病出擊河西的匈奴。經過兩次河西之戰，漢朝完全占據了河西走廊地區，打通了通往西域的道路。
從此以后，霍去病聲名鵲起，成為比肩大將軍衛青的漢朝中流砥柱。史書記載：“卻匈奴七百余里，胡人不敢南下而牧馬。”
西漢政府在河西地區先后設置了武威、酒泉、張掖、敦煌四郡，從內地遷移大量人口到這里戍邊生產，使得河西地區成為日后漢朝經略西域的前沿根基。從此，漢朝的影響力開始進入西域。
在徹底打通西域通道之后，漢武帝派出大批使者，開始了“金錢外交”，試圖和西域諸國結盟以對抗匈奴。
然而，雖然西域諸多小國一下子知道了漢朝的富庶，紛紛表示臣服，但其背后不乏因貪圖漢朝錢財而表面上臣服，實則兩面派、墻頭草的國家。
此時，漢朝的軍事影響力還未觸及西域，而靠近西域的匈奴因雄踞西域多年，暗地里仍有著不小的影響力。
因此，地處西域腹地樞紐的樓蘭國和車師國，仗著有匈奴的支持，公然劫殺漢朝使者，圖財害命，成為漢朝通往西域的嚴重障礙。他們認為漢朝路途遙遠，肯定不會來攻打，從而肆無忌憚。
漢武帝意識到，西域諸國只是貪圖漢朝的錢財，并非真心結盟，唯有動用武力，收拾墻頭草，才能震懾西域諸國，使他們真正臣服。
于是，為確保西域通道，漢江趙破奴帥700輕騎突襲樓蘭，俘虜了樓蘭王。之后，趙破奴又率軍數萬擊破車師，威震西域。
俗話說：“黃沙百戰穿金甲，不破樓蘭終不還。”趙破奴成為了歷史上第一位攻陷樓蘭的將軍，也成為了歷史上征戰西域第一人。在此之后，通往西域的阻礙被徹底清除。漢朝的軍事影響開始進入西域。
隨后，漢軍開始在玉門到酒泉之間修建防御工事，一方面防備匈奴對西域的干涉，一方面方便就近調兵進入西域。
雖然在擊敗樓蘭和車師之后，漢朝的軍事影響開始進入西域，但其主要影響還是在東部地區。
而在西域的西面，還有兩個實力稍強的國家：烏孫和大宛。為了擴大漢朝在西域的影響力，漢朝派細君公主和解憂公主先后與強國烏孫和親，拉攏其形成聯盟，一起打擊匈奴。而大宛國曾拒絕為漢朝提供汗血寶馬，并且還殺害漢朝使者。
于是，漢武帝派李廣利兩次遠征大宛，實則是震懾西域諸國，充分體現了那句話：“犯我強漢者，雖遠必誅。”
然而，兩次遠征大宛雖以慘勝收場，但還是讓西域小國全部臣服于漢朝，從而孤立了匈奴。沿途中亞各國聽說漢軍征服了大宛國，無不大受震動。這也算是漢朝“雖遠必誅”的極致體現。
此后，漢武帝首次在西域建立屯田制度，開始在輪臺駐兵屯田，并且設置使者校尉，這是漢朝在西域最早設立的軍事和行政機構。從此，漢朝的軍事影響力開始深入西域。