張騫欲促成漢朝與大月氏結盟,不得要領,逗留大夏國一年多,便沿著南山,從羌人控制的區域返國。「南山」即今昆侖山脈 (《中國大百科全書.地理學》),希望避開匈奴威脅,卻又為匈奴所得。直至軍臣單于去世,時任左谷蠡王、軍臣單于之弟伊稚斜發兵奪位,自立為單于,匈奴內部爆發王位繼承人紛爭,讓張騫一家及堂邑甘父有機可乘,逃亡返回漢朝。
軍臣單于在公元前 126 年 (西漢武帝元朔三年) 去世。史載張騫回程被俘後「留歲餘,單于死」,以「單于死」之年逆推一年多,張騫第二次被俘當在公元前 128 至 127 年間 (即元朔元年至二年)。而張騫在啟程返國前,曾在大夏國「留歲餘」,再往前逆推一年多,他抵達大夏國的時間應為公元前 129 至 128 年間 (即元光六年至元朔元年)。據張倩儀《絲與絲路初邂逅:漢代通西域新說》:「年輕的武帝一登基就在建元三年 (前138年) 派張騫帶上一隊人馬西去聯絡大月氏」。從公元前 138 年出發,至公元前 126 年返回長安,前後頭尾正好大約十三年,與《史記》所載「去十三歲」的記錄完全吻合。而第一次被匈奴俘虜滯留,該為公元前 138 至 129 年間,與《史記》「留騫十餘歲」相符合。
張騫回國後,官拜太中大夫 (皇帝近臣 / 侍從,負責議論政事、向君主直諫或提出建言),堂邑甘父為奉使君。《史記.大宛列傳》有以下一段,足證「鑿空」旅途艱險:
騫為人彊力,寬大信人,蠻夷愛之。堂邑父故胡人,善射,窮急射禽獸給食。初,騫行時百餘人,去十三歲,唯二人得還。
原來堂邑甘父的角色是利用其出色射術,射殺動物給張騫一行人充饑。十三年過去,百餘人只有二人倖存歸國,箇中辛酸不足為外人道。另外,張騫為人堅韌有毅力,胸襟廣闊,以誠實守信待人,令他深得西域諸國敬愛,漢朝能與西域建立良好外交關係,張騫的道德人格起了重要作用。
按照張騫對漢武帝的報告,當時西域諸國狀況如下:
1. 以大宛國為分水嶺,在其西北有康居,康居西北有奄蔡。兩國風俗接近大月氏。康居有騎兵八九萬,鄰近大宛國,國小力弱,只能在月氏國、匈奴之間委曲求存。奄蔡有騎兵十餘萬。
2. 大月氏在大宛國西邊,南有大夏國,西是安息國,北則為康居。本來「隨畜移徙」,屬遊牧民族,與匈奴風俗亦同,有騎兵二十萬。被匈奴打敗後,月氏遺民向西越過大宛,擊敗大夏令其臣服,並在大夏重建王庭。安息接近農耕文化,當地人會耕田,種稻麥,釀蒲陶酒,有城邑,更有市集供商業活動進行,有車船給人民、商賈使用。安息西邊有條枝,人口眾多,耕田種稻。大夏國人口繁盛,「其兵弱,畏戰。善賈市」,軍事力量薄弱而商業興旺。東南是身毒國。
3. 大宛國在匈奴西南邊。有城郭房屋,當地人耕田,種稻麥,釀蒲陶酒。盛產汗血馬,人口數十萬,騎兵武備精良。東有于窴,盛產玉石。大宛東北則有烏孫,遊牧民族,與匈奴風俗相同。騎兵數萬,敢於作戰。以往臣服匈奴,及後發展勢力,有叛離匈奴之意。
張騫為漢武帝制訂具體外交策略,見《史記.大宛列傳》:
天子既聞大宛及大夏、安息之屬皆大國,多奇物,土著,頗與中國同業,而兵弱,貴漢財物;其北有大月氏、康居之屬,兵彊,可以賂遺設利朝也。且誠得而以義屬之,則廣地萬里,重九譯,致殊俗,威德遍於四海。天子欣然,以騫言為然……
扼要言之,對軍力薄弱、喜歡漢朝商品的定居國家如大夏等,與其建立良好商貿關係,利用經濟優勢 (貿易與賞賜) 進行文化滲透與政治懷柔。對機動性強、軍力龐大的遊牧大國如烏孫等,則利用財物和利益予以拉攏,令其向漢朝稱臣,成為牽制匈奴的軍事側翼。
漢武帝元朔六年 (公元前 123 年),張騫以校尉身份跟從大將軍衛青出擊匈奴,由於久居匈奴,對當地地形環境非常熟悉,知道何處有生存資源,漢軍因此避免物資困乏,張騫因功封博望侯。「博望」取「博廣瞻望」之意,表彰他開通西域、貫通中西交通的卓越功績。