汉武帝太初四年至天汉元年：从扬威西域到外交“翻车”。
太初四年（公元前101年）
春天，贰师将军李广利班师回朝。这一路，那些西域小国听说大宛被汉朝打爆了，吓得赶紧派自家子弟跟着汉军来汉朝进贡，名义上是拜见汉武帝，实则是当人质。大军归来，带回了一千多匹马。二次出征，军队不缺粮食，战死的人也不算多，但将领和官吏太贪心，不把士兵当回事，克扣他们的物资，导致不少士兵白白送命。汉武帝觉得这仗毕竟是万里远征，就没追究这些过错，还下诏封李广利为海西侯，赵弟为新畤侯，上官桀升为少府，军官和官吏升任九卿的有三人，担任诸侯相、郡守、二千石的有一百多人，千石以下的有一千多人。主动报名参军的人官职升迁超预期，因罪被征发的人，功劳却不被认可。普通士兵每人赏赐四万钱。
匈奴听说李广利征伐大宛，本想半路截胡，但一看汉军阵容太强大，不敢动手，就派骑兵在楼兰蹲守，专门截杀那些落在后面的汉朝使者，想切断汉与西域的联系。当时汉军军正任文带兵驻扎在玉门关，抓到个俘虏，得知情况后上报朝廷。汉武帝下令任文顺路抓捕楼兰王，带到京城质问。楼兰王无奈地说：“我们小国夹在大国中间，不两边讨好根本没法活，要不我们举国搬到汉朝境内吧！”汉武帝觉得他说得在理，放他回国，还让他帮忙监视匈奴。经此一事，匈奴也不太信任楼兰了。
自从大宛被灭，整个西域都被汉朝的实力震慑住，汉朝派去西域的使者办事也顺利多了。于是，从敦煌往西到盐泽，一路上建起了不少烽燧亭障，轮台、渠犁还安排了几百个屯田的士兵，设置使者、校尉管理，保障出使西域的人员物资供应。一年多后，大宛贵族觉得昧蔡这家伙就会阿谀奉承，害得大宛被汉朝胖揍，就合伙杀了昧蔡，立了毋寡的弟弟蝉封为新王，还送儿子到汉朝当人质。汉朝派使者送去财物表示安抚，蝉封也和汉朝约定，每年进献两匹天马。
秋天，汉武帝又下令修建明光宫，这宫殿建造就没停过。冬天，他跑到回中巡视。
匈奴呴犁湖单于去世，匈奴人拥立他的弟弟左大都尉且鞮侯为单于。汉武帝想借着讨伐大宛的余威，再收拾匈奴，下诏说：“当年高皇帝在平城受困，高后时，匈奴单于的书信更是傲慢无礼。以前齐襄公为九代祖先报仇，《春秋》都称赞他，我也要报仇！”且鞮侯单于刚即位，担心汉朝趁机攻打，赶紧示弱：“我就是个晚辈，哪敢和汉天子比！汉天子就像我的长辈！”还把之前扣留的汉朝使者路充国等人全部送回，派使者来汉朝进献礼物。