做正使，帶領副使和將士300多人，帶去許多金銀、綢緞和牛羊，再次出使西域。張騫到了烏孫後，將副使分別派往大宛、康居、大夏、安息等國，他自己留在烏孫並說明了自己的來意。烏孫王決定先派人去長安。並送給漢武帝幾十匹烏孫寶馬。漢武帝元鼎二年（公元前115年），張騫帶著烏孫的使者回到長安。烏孫使者親眼看到了漢朝的繁華和人民的友善，回去後便對烏孫王詳實地作了彙報。烏孫王很高興，決定跟漢朝建立友好關係，並且娶了漢朝公主。
張騫從烏孫回來的第二年便病死了。這一年，派到大宛等國去的副使陸續帶著各國的使者回到長安。這些國家和烏孫一樣都和漢朝建立了友好關係。張騫和他的隨從幾次出使西域，到過36個國家，對於溝通西域和漢朝的關係作出了重大貢獻。
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