当初，莎车国认为汉军不会前来，于是投降龟兹，疏勒都尉番辰也在随后反叛。正好徐干到达疏勒，班超与徐干一起杀掉番辰，又斩杀一千多人，平息了叛乱。
班超攻破番辰之后，想进军龟兹。当时，乌孙国兵力强盛，班超认为可以借助它的力量，于是上书说：“乌孙是个大国，有十万弓兵，所以武帝（刘彻）把细君公主嫁给乌孙王。到孝宣皇帝的时侯，终于起到了它的效用。现在可以派使者招抚乌孙，与之并力合作。”章帝采纳了他的建议。
建初八年（公元83年），拜班超为将兵长史，借用鼓吹幢麾等旌旗乐器。升任徐干为军司马，另外派遣卫侯李邑护送乌孙使者，赐大小昆弥及以下的人锦帛。
李邑走到于阗时，正赶上龟兹进攻疏勒，他吓得不敢再向前行。为了掩饰自己的怯懦，他上书给朝廷，说平定西域劳而无功，又说班超拥抱爱妻，怀抱幼子，在国外享受安乐，没有心思考虑国内的事情。班超听闻后叹息不已，说：“我比不上曾参却有三至之谗，恐怕现在会有人怀疑我了。”
于是，毅然让妻子离开了自己。章帝深知班超公忠体国，于是下诏严厉的责备李邑说：“即使班超拥抱爱妻，怀抱幼子，那么思念家乡的士卒一千多人，怎么能够都跟班超同心同德呢？”还命李邑接受班超的调度，让班超根据情况决定是否让李邑留在西域。
班超当即让李邑带着乌孙侍子回京。徐干劝班超道：“大人，李邑之前毁谤你，企图让你平定西域的功业失败，现在为什么不遵循陛下的旨意把他留下来，另派人护送侍子呢？”
班超随后说道：“你怎么这样没见识呢？正因为李邑毁谤我，所以我现在才派遣他回国。我处心无愧，还怕别人讲什么呢？为了泄私愤而图快意把他留下来，这就不算忠臣。”
建初九年（公元84年），朝廷又派和恭为代理司马，率兵八百增援班超。班超准备调集属国疏勒、于阗的兵马进攻莎车。莎车王派人跟疏勒王忠私下联系，用重礼贿赂他，忠于是背叛班超，发动叛乱，占据乌即城。班超改立府丞成大为疏勒王，调集兵力进攻忠，康居国派精兵帮助忠，班超久攻不下。当时，月氏刚和康居通婚，班超派人给月氏王送了厚礼，让他对康居王晓以利害，康居王罢兵，把忠也带了回去，乌即城被再次收复。
元和三年（公元86年），忠从康居王那里借了一些兵马，据守在损中，与龟兹勾结密谋，派人向班超诈降，班超看穿了他的诡计，于是将计就计，答应他投降。忠大喜，轻装简从来见班超。班超为他举办酒宴，在宴席中，班超命人斩杀忠，又乘机击败他的部众。西域南道从此畅通无阻。
元和四年（公元87年），班超调发于阗等属国士兵二万多人，再攻莎车。龟兹王发遣左将军发温宿、姑墨、尉头合兵五万救援莎车。敌强我弱，班超决定运用调虎离山之计。他召集将校和于阗国王，商议军情。他故意装出胆怯的样子说道：“现在兵少不能克敌，最好的计策是各自散去。于阗从这里往东走，长史也从此西归。等听到夜里的鼓声便可出发。”班超偷偷嘱托人故意放松对龟兹俘虏的看管，让他们逃回去报信。龟兹王闻讯后大喜，自己率一万骑兵在西边截杀班超，派温宿王率领八千人在东边阻击于阗。班超侦知他们已经出兵，迅速命令诸部齐发，在鸡鸣时分，直扑莎车大本营。营中没有防备，军士奔逃，班超追斩五千多人，获得许多的马畜财物。莎车国只好投降，龟兹王等也散去，班超因此威震西域。
当初，大月氏曾经帮助汉朝进攻车师有功。就在班超击破莎车的同年，月氏王派遣使者来到班超的驻地，向汉朝进贡珍宝、狮子等，提出要娶汉朝公主为妻。班超拒绝了这个要求，月氏王因而怀恨在心。
永元二年（公元90年）夏，大月氏的副王谢率兵七万，东越葱岭攻打班超。班超的军队处于劣势，大家都很恐慌。班超却说：“月氏兵虽然多，但他们跋涉数千里，翻越葱岭来入侵，运输极为不便，有什么可忧虑的呢？只需收好粮食，坚守不出，敌人便会因饥饿而投降。不过几十天便会击败敌人的。”
大月氏副王谢进攻班超，无法攻克，抢掠粮草，又无所得，果然疲惫不堪。班超估计他们粮草将尽，一定会派人到龟兹求救，预先命几百士兵在东边埋伏，谢果然派兵带金银珠宝去龟兹求援。班超的伏兵把使者杀死，并派人拿给谢看。谢大为惊恐，进退无据，只好遣使向班超请罪，希望能放他们一条生路，班超放他们回国，大月氏因而大为震惊，每年向汉朝进贡。
永元三年（公元91年），龟兹、姑墨、温宿等国都投降。朝廷任命班超为西域都护，徐干为长史，立白霸为龟兹王，派司马姚光来护送他。班超和姚光命龟兹废掉原来的国王尤里多，扶立白霸。姚光把尤里多带回了京师。班超便驻扎在龟兹它乾城。此时，西域诸国，只剩焉耆、危须、尉犁三国，因为曾经杀害西域都护陈睦，心怀恐惧，尚未归降。其余各国，都已平定。
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