汉朝认识大宛，是从张骞出使西域开始，张骞告诉汉武帝：大宛有一种宝马，叫汗血马。又，传说这种马日行千里，奔跑时流的不是汗，而是血。汉武帝当时就对此十分感兴趣。随着汉朝与西域各国的不断往来，汉使说：“张骞说的汗血宝马是真，但大宛不愿把汗血马献给大汉，马就藏在贰师城。”汉武帝听说大宛有汗血马是真的，也不管大宛愿不愿给，就高兴得不得了。因为他非常喜欢好马，《史记·乐书》说：汉朝在西边屯田和防守的士兵，曾在水边发现一匹从西域跑过来的好马，就将它捉住，献给了朝廷，汉武帝高兴地作了一首《太一之歌》。(太一贡兮天马下，霑赤汗兮沫流赭。骋容与兮跇万里，今安匹兮龙为友)《乐书》虽不出自司马迁之手，但汉武帝喜欢宝马确是事实。于是，他就派壮士车令为使者，携带千金和金马等礼物，请求与大宛交换汗血马。
大宛已有了很多大汉的财物，对黄金和金马不感兴趣，国王与大臣们商议说：“大汉离我们有万里之遥，他们使团来时要经过盐泽，盐泽是绝地，在那死的人特别多。若不走盐泽，他们从北边来，有匈奴阻拦。从南边来，他们难觅水草，人烟稀少，饮食匮乏。所以，大汉使团每次出发时是几百人，路上常常死的人都超过了一半。像这样艰难的路程，他们怎能派大军前来？不能派大军，他们就对我们无可奈何。况且，贰师城的汗血马，是大宛的国宝，国宝不能随便给人。”于是，就拒绝了大汉的请求。车令等人气得发疯，骂了许多狠话，把金马砸坏，扬长而去。大宛的贵族们也愤怒了，说：“大汉的使者太小看我们了！让他们走，我们在路上收拾他们！”于是，大宛命东边的郁成国，在归途上劫杀了汉使，掠走了全部财物。汉朝使团只有几个人生还，诉说了他们在大宛遭受的屈辱，汉武帝大怒，决定对大宛开战。
首次征大宛失利
汉武帝任命李广利为贰师将军，远征大宛，并到贰师城取汗血马。李广利是汉武帝宠姬李夫人的哥哥，汉武帝任命他为贰师将军，主要是想加强对李家的宠幸，让他立功封侯。因为曾出使过大宛的姚定汉等人说：“大宛兵力不强，若有不超过三千的精兵，加上强弓劲弩，就可将其一举击败。”而前些时候，汉武帝派浞野侯赵破奴去攻打楼兰，他只率领七百骑兵，很快就俘虏了楼兰王。接着，汉武帝还任命赵始成为军正，原来的浩侯王恢为向导，李哆为校尉，让他们仅率领属国精锐骑兵六千，以及各郡国有前科的不良青年几万人，同李广利一起出征。该年是太初元年，这年关东出现严重的蝗灾，蝗虫一直飞到了西边的敦煌。(诸尝使宛姚定汉等言宛兵弱，诚以汉兵不过三千人，强弩射之，即尽虏破宛矣。天子已尝使浞野侯攻楼兰，以七百骑先至，虏其王，以定汉等言为然，而欲侯宠姬李氏，拜李广利为贰师将军，发属国六千骑，及郡国恶少年数万人，以往伐宛。期至贰师城取善马，故号“贰师将军”。赵始成为军正，故浩侯王恢使导军，为校尉，制军事。是岁太初元年也。而关东蝗大起，飞西至敦煌。)
李广利带兵越过盐泽，但途经的小国都很害怕，既怕汉军攻打，又怕结交汉军得罪匈奴。他们都各自坚守城堡，不肯供给汉军饮食。李广利气得就去攻打他们，攻下来的，能得些补给，攻不下来的，也不敢恋战。李广利来到了杀害车令使团的郁成国，郁成是大宛的盟邦，不放汉军过去。这时，汉军跟上来的士兵不过几千人，且都人困马乏。李广利也不休整部队，立即下令攻城，结果一败涂地。李广利与李哆、赵始成等商量，说：“我们连郁成这样的小国都攻不下来，何况大宛了呢？肯定打不过他们。”于是，只好带领残兵，在一片嘲讽声中，狼狈地退回来了，往来花了两年时间。
当汉军退到敦煌时，所剩的残兵不过十之一、二，李广利派人向汉武帝报告说：“由于路途遥远，经常缺少饮食，士卒不怕打仗，就怕挨饿。现在，存活下来的士兵太少，无法打仗。希望暂时收兵，将来再多派军队，前去征讨。”汉武帝听了大怒，立刻派使者把他们拦在了玉门关外，严令说：“军中哪个胆敢退后玉门关一步，格杀勿论。”李广利害怕，只好留在敦煌休整。李颀在《古从军行》对此讽刺说：“闻道玉门犹被遮，应将性命逐轻车。”即，听说玉门关已被皇帝下令阻断，谁敢向关内退却就砍谁的头;士兵只好豁出性命，等着追随战车再返身去同敌人拼命。
再征大宛获胜
在李广利失利当年，浞野侯赵破奴在对匈奴的作战中也遭惨败，损失二万多精兵，自己被俘投降。汉朝多数公卿大夫认为：当前的大敌是匈奴，应专征匈奴，在大宛的军事行动应立即停止，屈辱只能先忍着。汉武帝认为，汉朝与大宛的战端已开，大宛是个小国，我们如果连小国都攻不下来，那么，像大夏等大一点的西域国家就会轻视汉朝，而汗血马也别想再弄来了，乌孙和轮台(仑头)等国也会随时给汉朝使者制造麻烦，被外国耻笑。双方争论很激烈，汉武帝一怒，将反对较强烈的邓光等人都下狱治了罪。
于是，汉武帝就大量赦免囚徒中的勇士，组织平时爱打仗斗殴的青年和边地骑兵，在一年出头，就拼凑了六万人，交给李广利。同时，还有很多自带衣食随军参战的民兵。这些人总共携带了十万头牛，三万余匹马，无数的驴、骆驼等牲畜，还带了大量的粮食，以及各种兵器，弄得全国骚动，相传被征调的校尉就有五十余人。由于大宛城中没有水井，生活用水都来自流经城内的河流，汉朝就带了许多会给河流改道的水工，准备给大宛的河流改道，让城内断水，逼迫他们投降。汉武帝又增派十八万甲兵，戍守在酒泉、张掖以北，并设置了居延、休屠两个县，用来护卫酒泉。还调发了全国七种罪人，让他们给大军运送粮食。汉朝光是转运军用物资的人就多得难于数计，在路上络绎不绝，直到敦煌。又招募了两位善于相马的伯乐，任命他们为执驱校尉，以便在占领大宛后，到贰师城去挑选汗血马。
太初三年，李广利率重组的汉军，从敦煌西出征。这回西域的一些小国，见汉军如此阵容，几乎个个胆寒，赶忙沿途供应饮食，也有冒死抵抗的。李广利到达轮台国，轮台国不肯顺服。他便下令攻城，不几天，轮台被攻陷，汉军进行了血腥的屠城。屠城震惊了西域，汉军所到之处，再无人敢与争锋，很快抵达大宛。
汉军有三万精兵，大宛迎战，被汉军用箭射得大败。大宛军队退入城中，想依靠城墙，打持久战。李广利怕大宛耍诡计，且持久战对汉军不利，就下令让水工改变水道。对此，大宛没有想到，一下子陷入困境。汉军猛烈攻城，四十多天后，外城被攻破，俘虏了大宛贵族的勇将煎靡。大宛人纷纷从外城退入中城，精神也几近崩溃。
大宛的贵族们商议，说：“大汉之所以来攻打我们，是因为我们的国王毋寡不答应与他们交换汗血马，还劫掠了他们的使团。如今，我们只要杀死毋寡，献出汗血马，汉军就会罢兵解围，若不罢兵解围，再同他们拼命不迟。”贵族们都认为这话有道理，便刺杀了毋寡，带着他的人头来谈判，说：“您们不要再进攻了。我们愿把良马全部献出，任您们挑选，并供应您们的饮食。如果您们不接受讲和的请求，我们就把良马全都杀死，而且我们盟友康居的援兵也很快就到了。如果康居的援兵赶到，大宛的军队在城里，康居的军队在城外，两国共同夹击。您们何去何从？希望认真考虑。”
这时，康居的侦察兵确实在注视汉军，因为汉军人多势众，他们不敢冒进。李广利和赵始成、李哆等商议，说：“听说大宛城里最近请了一些来自汉朝关中一带的秦人，这些人精通打井的技术，而且大宛城中的粮食还挺充足。我们来这的目的，就是要诛杀大宛国的罪魁祸首毋寡。毋寡的人头已到手，如果不答应他们罢兵的请求，那么，他们就会固守，万一康居的援军乘我们疲惫时，前来救助，我们可能会再次遭遇失败。”军官们都认为贰师将军说得对，便答应了大宛的请求。于是，大宛就献出贰师城的良马;拿出粮食给汉军补给。汉军挑选了他们上好的良马几十匹，中等以下的公马与母马三千余匹，又立了亲汉的贵族昧蔡为大宛的新国王，并同他订立了盟约，双方罢兵。汉军始终没有踏进大宛的城内。
当初，李广利从敦煌出发时，因为考虑到人多，经过的小国无力供给粮食，就把大军分成了好几个支队，从南北两路进军。校尉王申生和原鸿胪壶充国等率领一千余人，从其他路线到达郁成国，郁成国见汉军到来，又坚守城池。王申生等离大军有二百里远，但认为有大军为后盾，郁成小国根本不算什么，就向郁成索要饮食。郁成国不仅不给，还窥探到了汉军的虚实，即汉军的人数日渐减少。于是，在一个清晨，他们用三千士兵，向汉军发起突然袭击。王申生等人战死，这支汉军几乎全军覆没，只逃脱了几个人。此时，大宛问题已经解决，贰师将军就命令搜粟都尉上官桀前去征讨。郁成国战败，国王逃到康居，上官桀追到康居。康居听说汉军已攻下大宛，不敢收留郁成王，就把他献给了上官桀，上官桀命四个骑兵把他捆了起来，准备押送到贰师将军的大营。四个骑兵商议说：“郁成王是汉朝最恨的人，如果是活着送去，路上让他逃了，这可不是我们能担当得起的责任。不如杀了他，只带人头走。”然而，四个人都不愿先动手。最后，年龄最小的赵弟，上邽人，拔剑一击，砍下了郁成王的头颅。
李广利出征时，大军阵容空前强大，整个战斗死伤的士兵也很少，但回到玉门关，只剩一万余人，一千余匹马，非战斗减员空前。这次带的军需物资最多，一路各国的供给丰盈，可是，由于各层军官的腐败，不爱护士卒，把大量的军需品都倒卖了，致使十数万人饿死。此次战功最多的是赵始成，敢于深入的是上官桀，李哆出了不少计谋。(贰师之伐宛也，而军正赵始成力战，功最多;及上官桀敢深入，李哆为谋计，军入玉门者万馀人，军马千余匹。贰师后行，军非乏食，战死不能多，而将吏贪，多不爱士卒，侵牟之，以此物故众。)滥赏不罚。
李广利征大宛，前后花了四年时间。汉武帝认为：万里长征，只录功，不计过。于是，李广利被封为海西侯(班固说食邑8000户)，赵弟被封为新畤侯，赵始成为光禄大夫，上官桀为少府，李哆为上党太守。全军被升为九卿的有三人，升为诸侯国国相、郡守等二千石的官员有一百多人，升为千石及千石以下的官员有一千多人。自愿从军者所得到的封赏都超过了他们的期望，因被判刑而从军的人也都将功抵罪。这次对士卒的赏赐，总价值达四万斤黄金。(天子为万里而伐宛，不录过，封广利为海西侯。又封身斩郁成王者骑士赵弟为新畤侯。军正赵始成为光禄大夫，上官桀为少府，李哆为上党太守。军官吏为九卿者三人，诸侯相、郡守、二千石者百馀人，千石以下千馀人。奋行者官过其望，以適过行者皆绌其劳。士卒赐直四万金。伐宛再反，凡四岁而得罢焉。)
汉武帝厚赏李广利，可能与对李夫人的怜爱有关。因为李广利回来时，李夫人已病逝，而李延年和李季，因为淫乱宫闱被灭门，一切都物是人非了。《汉书·外戚传》补充说：李夫人在生病后，久治不愈，身体羸弱，日渐憔悴，汉武帝前来看她，她用锦被蒙住了头，说：“我委顿在床，容颜毁损，实在不敢与陛下相见。万一我不行了，希望把我的儿子和兄弟托付给陛下照管。”汉武帝说：“夫人病得这么严重，恐怕都起不来了，为什么不同我见一面，当面向我托付儿子和兄弟，这样不是更好？”李夫人说：“作为妇人，容貌不修，装饰不整，是不能见君父的。何况我现在蓬头垢面，一身休闲装束，实在不敢与陛下相见。万望海涵。”汉武帝又说：“夫人只要和我见一面，就够了。我将赐你千金，并给你兄弟提拔为受人尊敬的高官。”李夫人说：“给不给他们提拔为受人尊敬的高官在皇帝自己酌量，不在与不与我见一面上。”
汉武帝坚持想要与她见一面，但李夫人始终不肯露脸，还把头转向另一面，不住地叹息，再也不回答汉武帝的见面请求了。汉武帝心里不是很高兴，无奈地走了。汉武帝离开后，李夫人的姐妹们都埋怨她，说：“尊贵的皇妃，为何不同皇帝见上一面，再托付咱们的兄弟？您为什么这么恨怨皇帝呢？连一面都不肯见？”李夫人却解释说：“之所以不想见皇帝，就是为了加深一层对兄弟的托付关系。我儿子也是皇帝的儿子，不用多操心，托付我们的兄弟就要想点办法。我是相貌超群，才从卑贱的倡女得到宠幸的。凡是用色相取悦于人的女性，色衰就会失宠，失宠往日的恩爱就会断绝。现在皇帝之所以对我还有依依不舍的眷恋，就是怀念我平时的色相。如果他见到我现在容颜已经损毁，远不如过去漂亮了，必然会感到很恶心，并且远离我。如果这样，他还能念及我过去的漂亮，怜悯和照顾我的兄弟吗！”李夫人去世，汉武帝以皇后的礼仪安葬了她。(初，李夫人病笃，上自临候之，夫人蒙被谢曰：“妾久寝病，形貌毁坏，不可以见帝。愿以王及兄弟为托。”上曰：“夫人病甚，殆将不起，一见我属托王及兄弟，岂不快哉？”夫人曰：“妇人貌不修饰，不见君父。
妾不敢以燕媠见帝。”上曰：“夫人弟一见我，将加赐千金，而予兄弟尊言。”夫人曰：“尊官在帝，不在一见。”上复言欲必见之，夫人遂转乡嘘唏而不复言。于是上不说而起。夫人姊妹让之曰：“贵人独不可一见上属托兄弟邪？何为恨上如此？”夫人曰：“所以不欲见帝者，乃欲以深托兄弟也。我以容貌之好，得从微贱爱幸于上。夫以色事人者，色衰而爱弛，爱弛则恩绝。上所以挛挛顾念我者，乃以平生容貌也。今见我毁坏，颜色非故，必畏恶吐弃我，意尚肯复追思闵录其兄弟哉！”及夫人卒，上以后礼葬焉。) 一些人认为：李夫人的做法很高明。其实，这是在耍佞幸小把戏，不可取。汉武帝对她确有真感情，李夫人去世后，他让画师画了一幅她生前的肖像，挂在甘泉宫，寄托思念之情。霍光最了解汉武帝，后来在祭祀汉武帝时，他一直用李夫人享配，并追封她为“孝武皇后”。
后世对汉武帝征大宛多持否定态度，如唐代李颀在《古从军行》诗中说：“年年战骨埋荒外，空见葡萄入汉家。”即，“连年战死的尸骨无数，都被埋在了荒蛮之野;只看到西域的葡萄进献到了汉朝的宫廷。”现在，也有人认为：汉武帝讨伐大宛，不过艳羡其汗血宝马。
我们认为：汗血马只是征大宛的导火索，征大宛是汉武帝“西域战略”的一个重要组成部分。征大宛在战略上没错：汉匈多年对峙，如果汉朝不征服西域，西域与匈奴联合，汉朝将处于危险境地;汉朝征服西域把握大，征服匈奴把握小，如果征服匈奴失利，西域又轻视汉朝，汉朝也将陷入危险之中;征服大宛，威震西域，匈奴孤立，对汉朝就不构成威胁了;西域都是蛮国，过去汉朝用“德抚”的效果不明显，没有武功，他们是不会真正屈服的。诚然，汉军回来仅一年多，大宛高等贵族就谋杀了昧蔡，立毋寡的兄弟蝉封为大宛王。但是，他们还是派了蝉封的儿子到汉朝当人质。而且，汉朝在敦煌和酒泉都设置了都尉，一直到西边的盐水，沿途都设有亭鄣。在轮台，汉朝留有屯田士卒几百人，积聚粮食，供给出国使团的饮食，加强了汉朝与西域交流，意义不可小觑。
汉武帝在征大宛上的失误：1、用人不当。李广利缺乏军事才能，只是李夫人的缘故，才出任万里长征的统帅。第一次征大宛失利和第二次出现的严重贪腐现象，他要负全责。3、轮台屠城。这是中国古代战争史最令人恶心的一页，我们今天要为此反省和忏悔，并且要坚决批判。3、赏罚不明。对立功将士的厚赏，无可非议。但李广利应当免职，不应封侯和继续带兵，主要的贪腐分子也都应绳之以法，为众多饿死的士兵讨个公道，以肃军纪，重振军威。