根據(jù)使節(jié)的報告，大宛國(浩罕，首府貴山城)有一種稱為“汗血馬”的良馬，藏在貳師城(首府貴山城東南100公里)。漢武帝劉徹心動，派出以車合為首的使節(jié)團，帶著千兩黃金跟一個用黃金鑄成的馬匹塑像，請求交換。大宛王毋寡跟他的高級官員們計議，貳師城的馬是國寶，不能平白送人。遂決定拒絕中國使節(jié)團的要求。車合碰了釘子后，又羞又怒，竟然胡言亂語地大罵了一通，并把帶去的金馬用鐵錘擊碎，揚長而去。大宛王國不能忍受這種污辱，遂下令郁成城的郁成王把使節(jié)團攔住，全部屠殺，所帶的東西也全部奪得。
消息傳來，劉徹大怒，決心報復。正好這個時候，劉徹的愛姬李夫人，想封她娘家侯爵，而找不到適當借口。現(xiàn)在機會到了。于是任命李夫人的哥哥李廣利為“貳師將軍”,率領(lǐng)數(shù)萬人遠征大宛王國。
西征兵團渡過鹽水(羅布泊),沿途各小國都城門緊閉，武裝守衛(wèi)，拒絕供應飲食糧秣。李廣利邊攻邊走，到了郁成城(蔥嶺西側(cè))數(shù)萬戰(zhàn)士不過只剩下十分之一二，而且疲憊饑餓，無法再進攻堅城。郁成王縱兵迎戰(zhàn)，西征兵團大敗。李廣利請求班師回京，容以后再舉兵。劉徹火冒三丈，派使節(jié)飛馳玉門，下令：“敢進來一步的，斬！”李廣利十分惶恐，就留屯敦煌。
就在這個時候又傳來浞野侯趙破奴的受降兵團全體投降匈奴汗國的消息。全國震驚。公卿們向劉徹建議，對大宛國暫緩進攻，用全力對付匈奴。劉徹認為既已出動大軍，連大宛國這么小的國家都不能制服，那么大夏國(藍市城)等對中國一定看不起。不但得不到汗血馬，而且烏孫國(今新疆伊寧),輪臺國(今新疆輪臺)更可能虐待中國使節(jié)團，中國將成為外國的笑料。于是，對主張中止大宛戰(zhàn)役的鄧光等官員，一律當罪犯處分。天下騷動。有50多名指揮官先后奉命伐宛。僅一年多，前往敦煌(今甘肅敦煌)報到的就有6萬多人，籌集牛、馬各10萬頭與3萬匹，其他東西也都十分充實。獲悉大宛國首都貴山城城里沒有水井，水源靠城外河川。于是又抽調(diào)水利工程人員隨軍行動，準備把城外河川改道，使貴山城成為墓穴。為求萬無一失，劉徹又下令征調(diào)18萬正規(guī)軍進駐酒泉(今甘肅酒泉),張掖(今甘肅張掖)以北。另在居延(居延海),休屠(今甘肅民勤北)筑城屯兵，防備匈奴突襲。然后又下令合于“七科”的男子一律入營，自帶糧食到李廣利那里去報到。還任命馬術(shù)專家2人分別擔任執(zhí)馬校尉(捕馬指揮官)和驅(qū)馬校尉(護馬指揮官),準備攻破大宛國后，接收最優(yōu)良的汗血馬。
李廣利得到龐大的增援后，遂揮師向西挺進。這個時候西域各小國誰也不敢抵制，一律大開城門歡迎，供應大軍飲食。輪臺國不知天高地厚閉城抗拒，結(jié)果全城被誅，血洗輪臺。西征兵團迅速抵達大宛國邊界宛城，李廣利命先遣部隊3萬人先行攻擊，大宛軍迎戰(zhàn)，先遣隊萬箭齊發(fā)，大宛軍招架不住，遂退守宛城。
李廣利準備先行攻擊郁城，又考慮兵駐堅城之下，如果一時不能攻陷，大宛國可能有其他謀略應戰(zhàn)。于是用跳蛙戰(zhàn)術(shù)越過郁成城，直逼大宛國首都貴山城。四面包圍，由水利工程人員破壞水源，改變河道。貴山城內(nèi)儲水日漸減少，西征兵團開始攻擊。經(jīng)過40多天，貴山城無法再堅持了。王族商議：“都是大王把汗血馬藏起來，又殺掉中國使節(jié)，才弄到今天這般地步。現(xiàn)在殺掉大王，交出汗血馬，中國的部隊可能會撤退；仍不能化解他們的憤怒，到那時再戰(zhàn)不晚?！庇谑钦儽l(fā)，國王毋寡被斬首。這時，貴山外城陷落，大宛城防勇將煎靡被俘。大宛王族更為驚恐，奔入內(nèi)城，派人把毋寡人頭呈獻給李廣利，請求中國軍隊不要再進攻；表示獻出所有汗血馬，并負擔中國軍隊的食糧；聲稱如果拒絕他們的要求，就把所有的汗血馬殺光，繼續(xù)死戰(zhàn)，康居國(巴爾喀什湖西北)的救兵不久就到，屆時，中國軍隊將處于內(nèi)外夾攻的困境。
事實上，康居國知道中國西征兵團強大，不敢派出援助。此時，李廣利也得到消息，貴山城中一些被俘的中國人，有些人有鑿井技術(shù)，開始為他們打井，用水漸不缺乏，儲存的糧秣仍然很多?？紤]到這次軍事行動的主要目的，只在誅殺大宛國王毋寡，毋寡既死，如果拒絕和解，對方必定堅守，而康居國也可能趁西征兵疲憊出兵援助，西征兵團兩面受敵，形勢可能逆轉(zhuǎn)。于是接受大宛國的休戰(zhàn)條件。大宛國奉獻豐富，拿出所有的汗血馬請西征兵團挑選，吃的喝的更不待言。