于是，不忘使命的张骞，就继续西行，走过大漠，翻过葱岭，一路饥寒交迫，死伤无数。后来，在大宛（出产汗血宝马，今乌兹别克斯坦费尔干纳盆地）和康居国的帮助下，最终来到了大月氏。
然而，大月氏西迁之后，觉得当地土地肥沃，物产丰富，加之远离匈奴和乌孙，所以没有心思报仇雪恨了。张骞在大月氏呆了一年多，也没能说服月氏人与汉朝联盟夹击匈奴。总之，到了这一步，汉武帝的这一军事行动失败了。
在回国的途中，张骞为何避开匈奴人，所以选择的路线比较偏僻，在通过青海时，因为羌人投靠了匈奴，所以再一次被匈奴俘虏。公元前126年，因为匈奴内乱，被关押一年多的张骞和堂邑父逃回长安。
让人感慨的是，历经13年的时间，张骞终于回到了长安，但出发时是一百多人，回来时仅剩下张骞和堂邑父二人。
