張騫第一次出使西域時了解到，烏孫與大月氏原本都是居住在祁連、敦煌一帶的小國。月氏曾攻殺烏孫國王。后來烏孫國王的兒子昆莫得到匈奴的支持，恢復國土，并率軍追擊已西遷于“塞人”土地的月氏，迫使月氏更西徙大夏。烏孫據(jù)有其地，又兼并鄰近小國，勢力日益強盛，對匈奴也就不大順從了。匈奴單于曾遣兵討伐，但反為昆莫所敗。此后，烏孫名義上雖然還附屬于匈奴，事實上已成為西域的一個獨立強國。張騫分析當時的西域形勢，認為西域只有烏孫是可以同匈奴抗衡的力量；烏孫如能同漢朝合作，蔥嶺以西的大宛、康居、月氏和大夏等國，定會望風歸順。所以，當漢武帝征詢張騫的意見時，張騫提出了聯(lián)合烏孫，進一步打通西域，孤立匈奴的建議。漢武帝很快接受了張騫的意見，任命張騫為中郎將，派遣他第二次出使西域。

張騫于元狩四年(前119年)出發(fā)。這時河西走廊已暢通無阻。張騫率領一個由三百人組成的龐大使團，每人各備兩匹馬，分別作乘騎和駝載工具，牛羊萬計，攜帶巨量的黃金、錢幣和絲織品，浩浩蕩蕩向西行進。不久，順利到達烏孫。

張騫攜帶著豐厚的禮物，去見烏孫國王昆莫。他向昆莫說明來意，提議烏孫能和漢朝締結同盟，共擊匈奴。并且表示，為了酬謝，漢朝愿意做到如下三點：第一，漢朝送還烏孫東部的故地；第二，遣嫁漢公主為烏孫國王夫人；第三；兩國結為昆弟。

當時昆莫已年高氣衰，對漢朝的國勢又不夠了解，加之內部意見不一，未敢應允兩國結盟共擊匈奴。但表示十分愿意同漢朝建立友好的關系。

張騫看到同烏孫的交涉，暫時無法獲得圓滿的結果，即派遣副使們持節(jié)分別去大宛、康居、大月氏、大夏、安息、身毒等國，代表漢朝同這些國家建立直接的友好往來和外交關系，以進一步擴大漢朝在蔥嶺以西的影響。當時西域各國都已了解漢朝為一大國，漢使所到之處，無不受到熱烈歡迎。據(jù)說，當漢使達安息時，安息國王曾派大臣率二萬騎到距離都城數(shù)千里的東部邊界迎接，中間經過的數(shù)十座城市，夾道歡迎和圍觀漢使的群眾，絡繹不絕。

元鼎二年(前115年)，張騫返回長安。烏孫國王昆莫派數(shù)十人組成的使團，攜帶良馬數(shù)十匹，隨同來漢，表示答謝。漢武帝為酬報張騫的功勛，特拜張騫為大行令(相當現(xiàn)在的外交部長或主管外事的副總理)，位列九卿。

元鼎三年(前114年)，張騫逝世。由于過度勞累，一般估計死時不過五十歲左右。一年多以后，張騫所派遣的副使，陸續(xù)回到長安，帶來了西域各國的使者。這是西域各國，遠至大夏、安息，第一次同漢朝直接通使往來。

張騫去世后不久，烏孫國王昆莫遣使來漢朝獻馬，表示愿娶漢公主，同中國結為昆弟。張騫的遺愿完全實現(xiàn)了。漢武帝于元封六年(前105年)，派遣江都王的女兒細君出嫁昆莫(后人稱“烏孫公主”)．兩國正式聯(lián)姻，結成同盟夾擊匈奴。后來李廣利又遠征大宛。匈奴對西域的控制權進一步瓦解，漢王朝在蔥嶺東西和天山南北的勢力大大加強。漢武帝先后設河西郡，置玉門、陽關二關，戍兵屯守，保護西通道路。至漢宣帝神爵二年(前60年)。漢王朝在烏壘城(今新疆輪臺東)開設西域都護府，統(tǒng)轄西域三十六國。這是我國古代在巴爾喀什湖以南，蔥嶺東西廣大地區(qū)．設置行政機構，行使管理權的開始。班固在《漢書》中說：“漢之號令班西域矣，始自張騫”。張騫對于我國領土的統(tǒng)一和多民族國家的形成，所做出的貢獻確實是不可磨滅的。張騫第二次通西域后，漢朝同蔥嶺以西各國的關系也更加密切。漢朝和各國使節(jié)、商團來往，絡繹不絕。一年之中，多者達十余批，少者五、六批，每一批人數(shù)，多時可達數(shù)百人，少時也是百余人。隨著中西交通的開辟，東西方經濟文化的交流日益發(fā)展和加強起來。

在張騫鑿空之前，希臘人已知道東方有個“絲綢國”，張騫在大夏已看到出產于四川的竹杖和布匹，但這種商品交流都還只是間接的和偶然的。中西的直接交易通商，是自張騫通西域始。張騫第二次通西域時所帶去的大量絲織品及其它物品，饋贈各國；而他和副使們回來時，帶回了許多“貢物”。這實際上就是一種商品交流的形式。張騫死后，漢朝歷次的使團，所帶去的東西就更多了。而所謂使者，大多是半使半商或亦使亦商的人。在日益發(fā)展起來的國際交往中，中國大量的絲織品，經大月氏、安息、條支等國，遠銷大秦(即羅馬帝國)及歐洲各地。中國的養(yǎng)蠶術，漆器、瓷器、鐵器等手工藝品，以及桃、杏、梨等農副產品，也陸續(xù)西傳。漢朝的先進技術，如井渠法(即坎兒井)，先傳至大宛，后為中亞各地廣泛采用。