第一次出使在建元3年（前138年）,目的是為了出使大月氏,聯合大月氏夾擊匈奴.但是大月氏已佔有大夏故地,安居樂業,不願東歸.張騫沒達到目的,其作用是沿途瞭解到西域各國地形、物產和風俗,為第二次出使西域打下了基礎.第二次出使是元狩4年（前119年）,當時漢軍進軍漠北與匈奴決戰,匈奴向西北退卻,依靠控制下的西域諸國的人力、物力,與漢朝對抗.張騫建議再次出使西域聯絡烏孫.於是漢武帝任命張騫為中郎將,率領隊伍向西域進發.到達烏孫時,正遇上其內亂,烏孫無意東歸.原定目的雖未達到,張騫派副使訪問了大宛、康居、大月氏、大夏等國.

漢通西域,雖然起初是出於軍事目的,但西域開通以後,它的影響,遠遠超出了軍事範圍.從西漢的敦煌,出玉門關,進入新疆,再從新疆連線中亞細亞的一條橫貫東西的通道,再次暢通無阻.這條通道,就是後世聞名的“絲綢之路”.“絲綢之路”把西漢同中亞許多國家聯絡起來,促進了它們之間的經濟和文化的交流.由於中國曆代封建中央政府都稱邊疆少數民族為“夷”,所以張騫出使西域成為漢夷之間的第一次文化交融.西域的核桃、葡萄、石榴、蠶豆苜蓿等十幾種植物,逐漸在中原栽培.龜茲的樂曲和胡琴等樂器,豐富了漢族人民的文化生活.漢軍在鄯善、車師等地屯田時使用地下相通的穿井術,習稱“坎兒井”,在當地逐漸推廣.此外,大宛的汗血馬在漢代非常著名,名曰“天馬”,“使者相望於道以求之”.那時大宛以西到安息國都不產絲,也不懂得鑄鐵器,後來漢的使臣和散兵把這些技術傳了過去.中國蠶絲和冶鐵術的西進,對促進人類文明的發展貢獻甚大.