消息传回长安后，汉武帝非常震怒，他随即做出了远征大宛的决定。此时霍去病卫青皆已离世，那谁来担当此次远征的主帅呢？他很快想到了那位昔日他非常宠爱的李夫人的弟弟李广利，他在不久前刚让他做了将军，现在正是让他立功封侯的好时机。于是，李广利被封为贰师将军（汗血宝马在大宛贰师城），这反映出汉武帝决心征服大宛并得到汗血宝马的意愿。
李广利率军出征了，可他并不是卫青霍去病那样的名将，他甚至不是一名合格的将军。这次远征，汉军以惨败告终，无奈之下，李广利只得率军回师。虽然此次远征失败，但汉武帝决心征服大宛并得到汗血宝马的意志并没有改变。太初三年，他再次命李广利率大军远征，这次，汉庭做了很多准备，从兵器粮草后勤补给到调派其他军队作掩护，可谓倾尽全国之力。
这次，李广利虽然没取得实质性战果，但他却得到了大宛贵族的帮助，这些大宛贵族们杀了他们的国王，将其人头交给了李广利，并献上汗血宝马。此时久攻不下的李广利得到如此恩惠后便与大宛签订了议和，之后他就率军回师了。
