利允诺，只要汉军停止攻城，那么贰师城所有的汗血宝马任凭取用，并且汉军一应粮草所需全由大宛供给。倘若汉军不撤兵，那么大宛将杀掉所有宝马，并向康居国求援。到那时里应外合，前后夹击，与汉军决一死战。何去何从，听凭汉军定夺！

权衡利弊之下，李广利同意大宛的请和要求。大宛国践行约定，让汉军随意挑选汗血宝马。汉军得偿所愿后，拥立亲附汉朝的大宛贵族昧蔡为大宛国王，然后两国订立盟约，各自罢兵言和。

公元前101年春，李广利凯旋而归，汉武帝封其海西侯。大宛被攻破后，西域诸国无不震恐，纷纷遣使通好，并派王公子弟入长安为质。