漢武帝卻認准了討伐大宛這條路，一定走到底。他認為既然已經出動大軍，觸發戰火。如果攻不下大宛，那大夏之類的國家會瞧不起漢朝。大宛的良馬就斷然不會到來，而且烏孫、輪台這樣的國家也一定會隨便地難為漢朝的使者，到時候漢帝國將成為萬邦的笑柄……
想到這些，漢武帝更加堅定了信念。他為了實現自己的目的，對于主張中止大宛戰爭的鄧光等官員給予了無情的打擊，把他們一律當作罪犯處分，認為他們議論不當。這樣，群臣再也沒人敢反對西征大宛了。
漢武帝一邊把無辜的大臣抓進監獄，另一邊卻把監獄中的囚犯釋放出來，另外又征調各郡國中的品行惡劣的地痞流氓和邊塞里的騎兵部隊，讓他們統統西進增援貳師將軍李廣利。只有一年左右的時間，前往敦煌貳師將軍那兒報到的，一共有六萬多人。其中自帶糧食，自願從軍的，還沒有包括在內。這支隊伍共帶有牛十萬頭，馬三萬余匹，驢、駱駝數以萬計。這些人帶著充足的糧食，配有齊備精良的兵器和弓箭。
大漢全國當時全部陷入了西征風暴之中，騷動不安的西進者絡繹不絕。漢武帝為西征軍配備了五十位校尉，負責具體的戰斗指揮。
據去過大宛國王都貴山城的人講，貴山城內沒有水井，城中軍民的吃水問題主要靠城外河川解決。漢武帝得知這一情報，馬上加派治水的工匠隨軍西進，准備把貴山城外的河川改道，使得貴山城成為墓穴。
漢武帝為了避免匈奴人對西征軍構成威脅，加強了對匈奴人防禦的兵力。他下詔再次征調漢朝正規的邊郡戍卒，進駐酒泉、張掖以北。另外漢武帝還令人在居延和休屠兩個縣衛護酒泉，防備匈奴汗國的突襲。
為了解決西征軍的糧草問題，漢武帝征集全國犯罪的小吏，逃亡的罪犯、贅婿以及有商人戶籍的人，一律強迫他們入營，並自己攜帶糧食，全部押解到敦煌，編入李廣利的西征兵團，負責糧食供應。
漢武帝發起戰爭的最根本原因還是想得到汗血馬，他布置這次西征軍安排時，一直沒有忘記這個宗旨。他專門任命了兩位相馬和馴馬的能手分別擔任執馬校尉和驅馬校尉，隨同西征軍出發，准備在攻破大宛國之後，接收最優良的汗血馬。
一切布置停當，貳師將軍李廣利也壯起了膽子。他在得到了龐大的增援之後，信心十足地率領人馬向西推進。
浩蕩的漢朝西征兵團使得西域各沿途小國聞風喪膽。他們不敢再有什麼抵制行動，一律大開城門，表示出由衷的歡迎，供應漢朝大軍的飲食。
大軍走到輪台國時，輪台王不顧死活地和漢軍作對，閉門抗拒。李廣利命令前鋒部隊攻擊，由于輪台士兵的頑強固守，好幾天也沒能拿下來。
李廣利接到前方部隊的報告，心中很是生氣，他命後繼部隊急速攻擊。輪台國本來兵力就弱，只是依靠城垣固守。漢軍攻陷城池後，輪台國的抵抗就成為無效的行動了。
像輪台這個蕞爾小國，竟敢不把漢朝大軍放在眼里，公然擋路，惹惱了貳師將軍李廣利。為了給以後的小國一點警告，李廣利命令將輪台國中無論老少，一律殺死。一聲令下，輪台國浸在一片血泊之中。
漢軍血洗輪台的消息早早地跑在了漢軍的前頭向西傳去。沿路的各國無不震懾。從輪台往西，漢軍沒有遭到任何抵抗，大軍一路猛進，到達了大宛國的邊界。
漢軍的前鋒部隊三萬騎兵攻入大宛境內，大宛王毋寡派兵迎戰，漢軍一陣箭雨將大宛軍隊擊退，大宛軍據守在郁成城中，閉門不出，任憑漢軍怎樣辱罵也不出來對陣。
貳師將軍李廣利准備先行攻擊郁成城，後來又轉念一想，把大隊人馬停留下來攻擊堅固的城池，如果一時不能攻陷，大宛國就有時間考慮用其他謀略應戰。為了不給大宛國有喘息的機會，貳師將軍李廣利決定派一部分士兵監視郁成城中大宛軍隊，余下的部隊直撲大宛王城貴山城。
漢朝的大軍將貴山城團團圍住，大宛王毋寡仍舊采用據城防守的辦法，閉門不出，貳師將軍召來隨軍的水利工匠，配給他們一些士兵，馬上動手破壞貴山城水源。水工們從河岸上另外開了一條支渠，把河水引向別處。貴山城內沒有水井，外面的水又被截斷，儲水日漸減少，城內一片恐慌。