漢武帝太初三年（前102年）之二
浞野侯趙破虜被匈奴活捉的事，震驚了朝野。眾臣們在朝堂上商議，希望能停止征討大宛的戰事，全力攻打匈奴。 可是漢武帝認為，征討大宛是早就已經定下來的。如果連大宛這個小國都拿不下，那以後西域的大夏等國就會看不起大漢。同時，大宛的好馬沒法到達大漢，烏孫和輪台等國難免就要趁機敲詐大漢的使者，導致大漢的使臣被別人嘲笑。於是，漢武帝便下令將反對討伐大宛的鄧光等人拿下治罪。
為了討伐大宛，漢武帝再一次大赦囚徒，並徵調各地的不良少年和邊境的騎兵，在短短一年的時間裡向逗留在敦煌的李廣利輸送了六萬多人。這裡邊還不算有些人私自帶著武器參軍的。同時，朝廷還給李廣利送去牛十萬、馬三萬、驢和駱駝一萬多、糧食弓弩兵器更是數不勝數。天下為此騷動不已。
漢武帝還從各地徵調討伐大宛的校尉五十餘名。同時因為大宛城裡沒有井，只能從城外的河流取水，漢武帝還特意派遣治水的工匠跟隨大軍，以方便將大宛河流改道，斷絕大宛的水源。
征討大宛的同時，漢武帝徵發士兵十八萬安置在酒泉和張掖以北，並安排居延、休屠的屯兵守衛酒泉。同時徵發天下有罪的官員、逃跑的犯人、贅婿、商人、父祖是商人的人等七種人，全部去當兵。
安排妥當後，送給貳師將軍李廣利的軍糧，在通往敦煌的道路上絡繹不絕。同時，漢武帝還特意選了兩個好的馬夫任命為執馬都尉和驅馬都尉，方便攻破大宛後挑選寶馬。
李廣利只能再次前去征討大宛。由於這次帶著浩浩蕩蕩的人馬，周邊的小國沒有敢不迎接的，紛紛給漢軍送上美酒佳肴。大軍到達輪台，輪台國不願迎接漢軍。李廣利率軍連攻數日，攻破了輪台並實施屠城。然後李廣利一路向西暢通無阻，一直殺到大宛城下。趕到城下的士兵約有三萬之眾。
大宛也派兵出來迎戰漢軍，結果被漢軍一頓亂箭射了回去。大宛軍只能撤回城中防守。李廣利原本想著利用這個時間先打下郁成，但是又擔心被郁成拖住導致大宛這邊又生變故，因此他決定先攻打大宛。李廣利派水工改道了大宛的河流，大宛頓時水源斷絕。然後漢軍包圍了大宛，連續攻打了四十多天。
大宛的貴族們坐不住了，商量說：「是大王母寡不願意獻上寶馬，還把漢朝使者殺了。如今咱們殺了母寡，獻出寶馬，漢軍也就撤了。就算拿到寶馬他們還不撤軍，咱們再拼命也不遲！」於是大宛貴族們殺了大宛王母寡。
當時，大宛的外城已被攻破，大宛的大將煎靡被活捉。大宛人大驚，跑進城中拿著母寡的頭，派人對李廣利說：「大漢不要再打我們了！我們願意把所有寶馬都獻給大漢，而且給漢軍提供飲食。如果您執意要滅了我們，那我們就把所有寶馬全都殺了！康居國的救兵馬上就要來了，到時候我們和康居內外夾攻，漢軍可就危險了。願將軍深思！」其實當時康居已經派兵來了，只是見漢軍人多，不敢輕易進攻而已。
李廣利此時已經聽說被俘虜的漢軍交給了大宛人挖井的本事，而且，大宛城中糧草富裕。他覺得既然大宛王母寡已經被殺了，如果此時不答應他們投降，他們必然誓死守城。到時候康居救兵來了，那漢軍可就必敗無疑了。思忖過後，李廣利同意了大宛的要求。 大宛便將寶馬都送出了城，任漢軍挑選，而且給漢軍提供了大量的軍糧。漢軍挑選了幾十匹上等馬，中等以下的馬三千匹，並立大宛貴族中一直主張與大漢交好的昧蔡為大宛王，然後與大宛結盟撤軍。
當初，李廣利從敦煌西發兵的時候，一共分成了幾支部隊，分別從南北二道行軍。校尉王申生率一支千人部隊到達了郁成國，結果被郁成王滅了，只有幾個人逃了出來，來見李廣利。李廣利便命搜粟都尉上官桀去攻打郁成國，郁成國王逃到了康居，上官桀則一路追殺到康居。 康居國王早就聽說大宛已經投降了，因此便把郁成王獻給了上官桀。上官桀命令四個騎士綁著郁成王去送給李廣利。可是其中的上騎士趙弟擔心郁成王會半路逃跑，便砍下了郁成王的腦袋送給了李廣利。