軍隊不缺乏糧食，戰死的士兵也不太多，但將領、官吏貪婪，不愛惜士兵，侵吞軍餉，因此死亡的士兵很多。武帝因為漢軍萬裡征伐，不追究他們的過錯，於是下詔封李廣利為海西侯，封趙弟為新畤侯，任命上官桀為少府；軍官中升任九卿的有三人，升任諸侯相、郡守、二千石官員的有一百多人，升任千石以下官員的有一千多人；自願從軍的人，所封的官職超過了他們的期望；因罪被罰出征的人，都免除了他們的罪過，但不計功勞；士卒每人賞賜價值四萬錢的財物。
匈奴聽說貳師將軍征伐大宛，想派兵攔截，但見漢軍兵力強盛，不敢抵擋，於是派騎兵利用樓蘭國，窺探漢朝使者後麵經過的人，想斷絕漢朝通往西域的通道。當時漢朝軍正任文率軍屯駐在玉門關，抓到了匈奴的俘虜，得知了這一情況，向朝廷報告。
武帝命令任文從小路領兵去捉拿樓蘭王，押送到長安論罪。樓蘭王回答說：“小國處在大國之間，不向兩邊臣服，就無法自保。我願意把全國百姓遷到漢朝境內居住。”武帝認為他的話有道理，讓他回國，也讓他偵察匈奴的動靜，匈奴從此不再親近信任樓蘭國。
自從大宛被攻破後，西域各國都震驚恐懼，漢朝使者進入西域，更加能順利完成任務。於是漢朝從敦煌向西到鹽澤，沿途都設置了亭燧；輪台、渠犁都有屯田士卒幾百人，設置使者、校尉統領保護，以供應出使外國的使者。
一年多後，大宛的貴族認為昧蔡善於阿諛奉承，導致本國遭到屠殺，於是一起殺死了昧蔡，立王毋寡的兄弟蟬封為大宛王，派他的兒子到漢朝做人質。漢朝因此派使者前去賞賜，鎮撫大宛國；蟬封和漢朝約定，每年向漢朝進貢天馬兩匹。
秋季，朝廷修建明光宮。
冬季，武帝巡幸回中地區。
匈奴呴犁湖單於去世，匈奴貴族立他的弟弟左大都尉且鞮侯為單於。武帝想乘著征伐大宛的兵威，進而圍困匈奴，於是下詔說：“高皇帝留給朕平城被圍的憂患，高後時期，單於的來信極為悖逆無禮。從前齊襄公報九世之仇，《春秋》對他大加讚美。”
且鞮侯單於剛即位，害怕漢朝襲擊他，於是說：“我是兒子輩，怎敢和漢天子相比！漢天子是我的長輩。”於是把漢朝不肯投降的使者路充國等人全部放回，還派使者前來漢朝進貢。
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天漢元年（辛巳，公元前100年）
春季正月，武帝巡幸甘泉宮，郊祭泰畤。三月，巡幸河東郡，祭祀後土神。
武帝讚許匈奴單於的道義之舉，派中郎將蘇武護送留在漢朝的匈奴使者回國，順便送給單於豐厚的禮物，回報他的善意。蘇武和副中郎將張勝以及代理屬吏常惠等人一同前往，到了匈奴後，把禮物送給單於，單於卻越發驕橫，並非漢朝所期望的那樣。
恰逢匈奴緱王和原漢朝長水校尉虞常等人，以及衛律所率領的投降匈奴的人，暗中策劃劫持單於的母親閼氏，返回漢朝。衛律的父親原本是長水地區的匈奴人，衛律與漢朝協律都尉李延年交好，李延年推薦衛律出使匈奴。衛律出使回來後，聽說李延年家被收捕治罪，於是逃亡投降匈奴，單於很喜歡他，和他商議國事，封他為丁靈王。
虞常在漢朝時，一向與副使張勝相熟，私下拜訪張勝說：“聽說漢天子非常怨恨衛律，我虞常能為漢朝埋伏弩手，射殺衛律。我的母親和弟弟都在漢朝，希望能得到朝廷的賞賜。”張勝答應了他，給了虞常一些財物。
過了一個多月，單於外出打獵，隻有閼氏和單於的子弟留守王庭，虞常等七十多人準備動手，其中一人夜裡逃跑，告發了這件事。單於的子弟發兵與他們交戰，緱王等人都戰死，虞常被活捉。
單於派衛律處理此事，張勝聽說後，害怕以前和虞常約定的事被揭發，把事情告訴了蘇武。蘇武說：“事情到了這一步，一定會牽連到我；等到被匈奴侮辱後再死，就更加對不起國家了。”想自殺，張勝、常惠一起阻止了他。
虞常果然供出了張勝，單於大怒，召集貴族商議，想殺死漢朝使者。左伊秩訾說：“如果是謀害單於，又該用什麼更重的處罰呢？應該讓他們全部歸降。”單於派衛律召蘇武前來受審。
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