公元前138年，张骞奉汉武帝刘彻之命出使大月氏，率领百余人，从长安启程。张骞一行出了陇西，进入匈奴控制的河西走廊。匈奴骑兵发现了他们，就把他们抓了起来。匈奴单于把张骞等人全部扣留下来，为了让张骞投降，单于还给他找了个匈奴族的妻子。面对单于的威逼利诱，张骞始终没有屈服。

  10年后，匈奴人放松了戒备，张骞带着部下逃了出来。他们向西走了数十天，来到了大宛国（在今中亚）。大宛国的国王派向导和翻译把他们送到了康居，康居人又把他们送到了大月氏。张骞到了大月氏，以为他的使命可以完成了，不料情况发生了变化。原来大月氏自从与匈奴交战失利后，迁居至妫水（今阿姆河）流域，征服了当地的大夏国，重新建立了自己的国家。

  这里土肥水美、物产丰饶，大月氏已不想再与匈奴交战了。张骞在大月氏逗留了一年多，多次劝说大月氏王与汉朝合作攻击匈奴，都毫无结果，只好动身回国了。回国途中，张骞又被匈奴给抓住了。幸好匈奴发生了内乱，张骞乘机逃了出来。公元前126年，张骞终于回到汉朝。

  这次出使历经13年，张骞吃了不少苦头，当年出使的百余人，仅剩张骞、甘父两个。13年间杳无音信的外交使团突然归来，震动了京师。刘彻给张骞、甘父加官晋爵，并怀着好奇的心情倾听了张骞关于西域的报告。张骞出使，使刘彻详细了解了西域各国的情况。过了几年，刘彻派大将军霍去病征讨匈奴，汉军打了大胜仗，消灭了匈奴骑兵三万余人，还控制了西河（今河西走廊、甘肃等地）地区。

  汉朝通往西域的道路已没有了障碍，于是，刘彻派张骞第二次出使西域。这一次，张骞率领三百多人的使团，带着大批牛羊和金银财宝来到了西域的乌孙。同时，张骞还派他的副使带着礼物分别出使大宛、大月氏、康居、大夏等国。乌孙王见张骞带来了许多财宝，很高兴。他派了使者随张骞一同返回长安。

  乌孙使者受到刘彻热情招待，他看到汉朝兵强马壮、经济繁荣，回去后报告了乌孙王。不久，乌孙和汉朝建立了友好关系。一年以后，出使西域各国的副使陆续回国，西域各国也派了使者前来长安答谢，汉朝同西域各国的关系日益密切起来。由于张骞功劳很大，刘彻封他为博望侯，因此，人们又称他为“张博望”。