张骞找机会从匈奴逃出，一路向西寻找大月氏。

走了十多天到达大宛国，大宛国早就听闻汉朝的富庶繁华，一直想找机会与汉朝接触。因此张骞的到来令大宛国王喜出望外。得知张骞此行的目的地是大月氏，便派人护送张骞到康居国，然后终于辗转来到朝思暮想的大月氏国。

此时大月氏国已经在一片富饶肥沃的土地上重新建立起了国家，全国上下在此安居乐业，已经没有了找匈奴报仇的念头。

张骞留在大月氏一年多，始终没能说服大月氏人联合汉朝夹击匈奴，只好回长安复命。张骞在回国路上再一次遇见匈奴人，又被关押了一年有余。

后来正好赶上伊稚斜单于篡位，张骞趁匈奴内乱，和仆从堂邑父得以逃脱。张骞出使西域整整十三年，外交使团由出发时的百余人，最后只剩下主仆二人生还，汉武帝封张骞为太中大夫。

张骞此行虽然未能完成军事使命，但为汉武帝日后打通西域，开辟举世闻名的丝绸之路铺平了道路。