公元前139年，张骞开始了第一次出使西域，从长安城出发，往西出陇西，经过武威，酒泉，跨过玉门关，经达楼兰，再往西到达龟兹，再往西到达大宛，康居，最后终于找到了大月氏国，至此距离出发时已过了10余年，这一路上不仅时间艰难漫长，而且路途遥远曲折，张骞面对的不仅是自然环境的严酷，还有历经磨难的心理折磨，却始终不忘初心，坚守理想，在大月氏国逗留一年后，月氏国王无意东返，张骞一行只得失望返回，到这里任务还没结束，在返回的路线选择上，为避开匈奴的控制区，从葱岭返回，这条路在10年前还不是匈奴的控制区，却在10后已经被匈奴兼并，张骞又落入虎穴了。直到公元前126年，才和向导甘父二人返回长安，整个出使西域历经13年之久。从最初的100多人的队伍，只剩下2个人了。

在出使西域的路线上，生活着大大小小的西域诸国，张骞在路上对这些国家都一一进行了了解，对当地的地理位置，人口分布，物资特产，军事储备等各个方面都进行了记录，为以后汉朝西进提供了宝贵的参考资料。