城中的士兵放松了警惕，他們根本沒有想到漢軍能從天而降，趙破奴率領手下一頓砍殺，沖進城內，一路暢通無阻。王恢領著漢軍一路向樓蘭王的宮殿攻擊。
樓蘭王從睡夢中驚醒，他匆忙起身召集人馬抵抗，但無奈倉促上陣，怎能抵擋得住如狼似虎的漢軍。
樓蘭王見手下被殺得七零八落，正想溜之大吉，誰知四周道路都有漢軍把守，無路可走，被趙破奴生擒活捉。
漢朝的大軍也連夜趕來接應，兩軍合在一處控制了樓蘭國的局勢。漢軍在樓蘭國休整補充糧食和馬匹，下一個目標就是北道上的姑師國了。
姑師國王聽說漢軍中途返回攻破樓蘭國，生擒了樓蘭王，心中不由得驚恐萬狀，他馬上派人去匈奴求救兵。但匈奴人也害怕與漢軍直接沖突，沒有答應姑師國的請求。
趙破奴和王恢一商量，對姑師國再采取奇兵突襲的辦法是行不通的了，因為姑師國一定是有了准備。但姑師國一貫與漢使作對，不給予它一個教訓，不足以警誡其他的西域小國。他們決定這個仗一定要打，
漢軍經過休整，軍容整齊，糧草充足，而且上次樓蘭國一戰，只有七百人參予了戰斗，並沒有動用漢軍的大部人馬。這些大部人馬一直在養精蓄銳，具有較強的攻擊力，王恢和趙破奴決定采用大軍合圍攻擊的辦法對付姑師國，以求速戰速決，免得陷入被匈奴人和姑師人內外夾擊的境地，況且長途遠征，糧草問題也不容易解決，只有速戰速決，才能避免無謂的損失。
姑師是個小國，漢朝幾萬大軍將姑師城圍了個水泄不通，一次次發動攻擊，姑師城的守兵頑強抵抗，但他們看到漢軍發動連續不斷的攻擊，精神都快要崩潰了。
漢軍的士兵終于攻破了姑師國的城防，姑師王一看大勢不好，不甘與樓蘭王國為漢軍囚虜，馬上召集心腹衛士殺開一條血路，向北落荒而逃。漢朝大軍又攻破了姑師國，取得了西征的第二次勝利。
漢武帝得到西域傳來的捷報，心中很是滿意。他對北方連年用兵，打得匈奴人再也不敢放肆地入侵漢邊郡。現在他第一次派兵西征西域，又取得了勝利，他心中怎能不高興呢?
漢軍西征，攻破兩個不友好的小國樓蘭和姑師，生擒樓蘭王，不僅直接打擊了與漢朝作對的勢力，而且給西域各國中一些動搖不定的勢力以一個警告，遠揚了漢朝的軍威。就連大宛、烏孫一類的大國，也被漢軍的威力所懾服，從此不敢輕視漢朝。
漢武帝等到西征軍班師回來，就封趙破奴為浞野侯。王恢屢次出使，吃盡了樓蘭的苦頭，他能把情況彙報給漢武帝，並說服漢武帝采取軍事行動，先就有了一份功勞。而且在西征過程中，王恢輔助趙破奴只用七百人擊破樓蘭，再立奇功，漢武帝封王恢為浩侯。
漢武帝用武力教訓了兩個不聽話的西域小國之後，覺得總不能經常派兵維持通西域的交通，還要想一些別的辦法。
最初，漢武帝接納了匈奴來降的渾邪王，渾邪王和休屠王所居的故地河西走廊成了一片真空地帶，漢匈雙方都想插手。後來漢武帝聯絡烏孫，想讓烏孫搬到河西走廊來居住，也好作為漢朝的盟友和屏障，共同抵抗匈奴。但烏孫王並沒有東遷，只是和漢朝結成和親關系。漢武帝又不想讓匈奴再次占領河西走廊，阻隔西域交通，就在渾邪王和休屠王的故地設立了武威和酒泉兩郡，從此漢朝防線又向北推進一些，解除了一些邊郡的壓力。同時，武威和酒泉兩郡的設立，也是張騫兩次成功地鑿通西域的一個必不可少的條件，因為這兩郡的設立，使得漢朝前往西域的使者生命安全有了可靠的保障。
第一次用兵西域取得勝利之後，為了加強漢朝東西交通要道的控制。元鼎六年(公元前111年)的秋天，漢武帝又從武威和酒泉兩郡之中分出一些地方，增設了張掖和敦煌兩郡，又把防線向西推進了不少。
河西四郡的設立，使得東西方的交通要道完全在漢朝的控制之下，加強了漢朝西部的邊防。
漢武帝看到了西北地區的重要性，便在河西一帶增開田地和水渠，發展農業生產，減輕國家對于西北邊郡的糧食負擔。漢武帝還在河西地區修建了不少的烽燧，這是一些軍用小據點，可以預先報警，加強了漢朝邊疆的警戒系統。