四年春，贰师来至京师，贰师所过小国，听说大宛已破，皆使其子弟从入贡献见天子。因留为人质。
此次出征，军中并不乏食，战死者也不甚多。然而失亡弥多，是因为将领贪暴，不爱惜士卒，因而物故者众。天子认为万里出征，不录其过于是下诏封李广利为海西侯。封赵弟为新畤侯。以上官杰为少府，军官吏为九卿者三人。诸侯相郡守二千石百余人。千石以下千余人。因激愤而从军的官过其望，以谪过而从军的则免其过而不叙其劳。士卒赏赐值四万钱。
匈奴闻贰师征大宛，想在半路截击，但贰师兵盛，不敢当其锋，即遣骑兵去楼兰道，等候后过的汉使，欲绝其道。当时汉军军正任文将兵屯玉门关，捕得生口，以状上闻。皇上诏任文便道捕楼兰王，将要旨阙簿责，楼兰王说：“小国在大国之间生存，不两面讨好无以自安。愿迁徙国民，入居汉地。”皇上以其言为直，遣归国。亦派使者候伺匈奴。匈奴自此不甚亲信楼兰。
自大宛破后，西域震惧，汉使入西域者更容易得到官职。于是自敦煌西至盐泽，往往起建亭障，而轮台渠犂，皆有田卒数百人，置使者校尉领护。以供给出使国外的使者。
后岁余，宛贵人以为昧蔡善谀，使我国遭屠，乃相约杀昧蔡，立毋寡昆弟蝉封为宛王。而遣其子入伺于汉。汉因派使者贿赐以镇抚之。蝉封与汉约，岁献天马二匹。
秋，起明光宫。
冬，皇上行幸回中。匈奴呴犁单于死。匈奴立其弟左大都尉且鞮侯为单于。
天子欲因伐宛之威，围困胡虏。就下诏说：“高皇帝为朕留下了平城之忧，高后时，单于书绝悖逆，昔齐襄公复九世之仇，春秋以为大义。”且鞮侯单于初立，恐汉袭击他，就说：“我是儿子安敢望汉天子，汉天子，是我丈人辈的人，我尊敬他。”因将当初留置不遣又不肯投降的汉使路充国等放归。
天汉元年，春正月。皇上行幸甘泉，郊祭泰畤。三月，行幸河东，祠后土。
皇上感于匈奴单于之义，遣中郎将苏武护送留在大汉的匈奴使节归国。并厚贿单于，答其善意。苏武与副中郎将张胜及假吏常惠等一道前去。既至匈奴，将财物交付单于，单于益加骄横，汉希望他回心转意的愿望是落空了。
正好这时匈奴的缑王与长水的虞常等将联合卫律所将的归降匈奴的军队，思谋劫单于的母亲归汉，卫律，父亲是故长水的胡人，卫律与协律都尉李延年相善，李延年荐卫律出使匈奴，出使还都，闻李延年家收斩，遂亡降匈奴。单