王恢数为楼兰所苦，上令恢佐破奴将兵。破奴与轻骑七百人先至，虏楼兰王遂破姑师，因暴兵威以动乌孙、大宛之属。
——《汉书·西域传》
汉朝在巩固了对河西的统治之后，便开始不断向西域渗透，与匈奴争夺西域的控制权，而无论是对于退居漠北的乌维单于来说，还是对于以西域为根基的右谷蠡王、右奥犍王等部来说，都不希望失去对西域的控制。
对于乌维单于来说，此时匈奴无力南下漠南，而自左贤王在“漠北之战”中遭遇毁灭性打击后，匈奴东部的乌桓、鲜卑等原本臣服的部落纷纷脱离控制，其中乌桓南迁至西汉东北部，鲜卑则南下到乌桓故地饶乐水（今西拉木伦河）流域，逐渐发展壮大，甚至开始蚕食原本左贤王的辖地，匈奴东部压力骤增，如果汉朝再夺取西域，那么匈奴不仅活动空间要进一步遭受压缩，而且还将面临多个方面的威胁，这是乌维单于所不能承受的。
至于右谷蠡王、右奥犍王等部，西域本就是他们立足的根基，一旦丧失西域，他们便再无处落脚之处，西域的得失对于他们来说乃是切肤之痛，因此对于汉朝的渗透自然更加抵触。
自秦末汉初匈奴势力深入西域以来，西域各国便长期臣服于匈奴，至汉武帝时已经近百年，早已习惯了对匈奴的言听计从，虽然汉朝击败匈奴夺取了河西，但对于西域各国来说，想要让他们短期内脱离匈奴却并非易事，毕竟对于这些西域小国来说，西汉和匈奴两方他们都得罪不起，更何况如今匈奴右部还威慑着西域。
当时，汉朝出使西域各国，通常都是从河西走廊出发，抵达敦煌之后，顺着疏勒河的古河床向西，然后再穿越罗布泊抵达西域，而位于罗布泊以西的楼兰，便成为了汉朝使者遇到的第一个、也是必须经过的西域国家。
通过楼兰国后，再沿波河（今塔里木河）逆流而上，使者们便有南北两条路可走，而西域各国也大多位于这两条主道上，其中南路沿南山（即昆仑山）北麓一路西行，沿途有若羌、且末、莎车等国，再向西翻越葱岭（今帕米尔高原）便可前往大月氏和安息等国；北路则是经车师国后向西，顺着北山（即天山）南麓西行，沿途有龟兹、乌孙等国，再继续向西翻越葱岭便可前往大宛、康居和奄蔡等国。
无论是罗布泊以西的楼兰国，还是位于西域北道上的车师国，位于西域东部的他们由于距离太近，便不可避免的被汉朝使者们选为了补给站。两国本就是西域小国，而自张骞以后来往的汉朝使者又实在太多，这让两国实在有些不堪重负，再加上匈奴的威胁，以致没过多少时间，两国不仅开始拒绝向汉朝使者提供补给，甚至还时常袭击汉使掠夺财物。
元封三年（前108年），出使西域归来的中郎将王恢，向汉武帝汇报说，西域各国不仅断绝汉朝使者的沿途供应，而且多有劫杀汉朝使者的情况。汉武帝意识到，如果想要确保经营西域的计划顺利推进，就必须解决楼兰和车师的问题。因此，纵使当时汉朝正在进攻卫氏朝鲜，但汉武帝还是决定出兵西域。
汉武帝命赵破奴率军数万，出河西攻打屡屡袭击汉朝使者的西域各国，重新打通与西域之间的通道，并命经常出使西域的中郎将王恢辅佐之。
此前，赵破奴因为因助祭金成色不足获罪，被免去了骠侯爵位，他一心想要通过战功恢复爵位，后来汉朝出兵西羌，赵破奴奉命率兵北上阻拦匈奴军队，结果却无功而返。如今好不容易捞到了再度领兵出兵的机会，他又岂肯放过。
正因立功心切，赵破奴身为汉军主将，却没有跟随主力大军缓行，反而率领七百轻骑作为先锋，在王恢的辅佐下，兵出河西又穿过罗布泊，率先抵达西域，打探楼兰和车师形势，在得知楼兰和车师国国力并不算太强后，他竟然不等大军赶到，便直接率领七百轻骑攻破了楼兰国，俘虏了楼兰王，随后又攻破了车师国，就此拉开了汉朝与匈奴长达五十年的“五争车师”之战。
此次出征，乃是汉朝第一次出兵西域，为了扬兵威于西域，赵破奴攻破楼兰和车师之后，并未立即率兵返回，而是待后续主力大军抵达后，率领数万汉军继续向西，沿途向西域诸国展示汉朝兵威，一直进抵乌孙、大宛，这才率兵返回。面对汉朝数万大军，西域各国无论国力强弱，全都噤若寒蝉。
赵破奴率兵返回后，汉武帝对于此次出战的结果十分满意，下诏封赵破奴为浞野侯，王恢也因辅佐赵破奴有功，获封浩侯。同时，汉武帝又下令沿酒泉至玉门一线，修筑亭障堡垒，确保西域通道的安全。
同年秋，武都郡的氐族爆发叛乱，叛乱平息后，汉武帝下令将氐人分批迁往酒泉，用以实边。
此后，汉朝使者再往西域，西域各国慑于汉朝兵威，再也不敢有任何不敬和阻拦，西域各国与汉朝的联系日益紧密。
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