大喜，于是放出好马，任汉兵自行挑选，并送粮食，供养汉军。
李广利乃命挑选上等良马数十匹，中等以下三千余匹，送回长安；更立大宛人亲汉大臣昧蔡为国王，与其订立盟约，然后撤兵。
便在此时，信使来报：校尉王申生、大鸿胪壶充国失机，被郁成王击败斩杀！
李广利闻报大惊，遂命搜粟都尉上宫桀为将，领兵前去报仇。郁成王闻说汉军大至，知道不能抵敌，只得弃城逃走，投奔康居国王。
上官桀攻取郁成，在后紧追不舍。
康居国人闻说汉军已经打败大宛，不由大惧，遂将郁成王擒拿，献给汉军。上官桀斩杀郁成王，由是反归，将其首级呈报贰师将军。
贰师将军凯旋东归，所经诸国，皆都打发子弟跟随汉军，至长安纳献贡物，谒见天子，留为人质。汉军此番出师十万，返回者只有一万余人，军马一千余匹。
汉天子不问伤亡，下诏叙功：匈奴今虽远徙漠北，犹断我与西域诸国道路。贰师将军李广利征讨其罪，战胜大宛。赖天之灵，溯河山，涉流沙，通西海，山雪不积，获宛王首级，珍怪之物，皆都陈列汉庭。叙论大功，敕封李广利为海西侯，食邑八千户。
又封赵弟为新时侯，军正赵始成为光禄大夫，上官桀为少府，李哆为上党太守。被封为九卿者三人，诸侯相、郡守、二千石级官吏者一百多人，一千石级官吏以下者一千多人。自愿随军参战者，赏封皆出望外，因犯罪从军者免罪，不计功劳。
天汉二年，李广利受命，领三万骑兵出酒泉，击匈奴右贤王于天山，虏万级而还。期间汉军被匈奴大军围困，折损十之六七。
因杅将军公孙敖同时领军出西河，与强弩都尉路博德在涿邪山会合，无功而返。
骑都尉李陵自请领五千步兵出击匈奴，遇且鞮侯单于主力，终至兵败投降。
李陵字少卿，陇西成纪人，乃是飞将军李广长孙。善于骑射，有仁爱之心，谦让下士。汉武帝认为其有乃祖李广风范，便命为骑都尉，带领精兵五千，驻酒泉、张掖等地。
李广利首征大宛，命李陵带其五千兵马随后。
行至边塞，武帝诏令李陵留下大军，只率五百轻骑以出敦煌，至盐水迎接李广利