而且，姑墨、温宿二国的国王又全是龟兹国所册立的，这二国的国王既不是那两国的人，那他们国内就会进一步的相互对立和厌弃，这种情况必定会导致反叛和出降，如果这两国归降了我们大汉，那么龟兹国自然就可以攻破了。臣希望朝廷发下臣的奏章，看能否参照办理，如果万一获得成功，臣就是死了又何恨之有？臣下区区之身，承蒙上天的保佑，暗中希望不至于马上就死，能够亲眼看到西域平定、陛下举起预祝万寿无疆的酒杯，向祖庙报功、向天下宣布喜讯的日子。”汉帝览表后，他知道班超的功业一定可以成功，全国人民都会非常满意，于是便准备增加班超的力量，平陵人徐干与班超志同道合，他请求奋身异域辅佐班超，朝廷当即任命他为代理司马，派他率一千人去增援班超。
当初，莎车国认为汉军不会前来，于是便投降龟兹，疏勒都尉番辰也在随后反叛。这时正好徐干率军到达疏勒，班超得到援助后，立刻与徐干一起杀掉番辰，并平息了这场叛乱，班超攻破番辰之后便想进军龟兹。当时，乌孙国兵力强盛，班超认为可以借助它的力量，于是上书说：“乌孙是个大国，有十万弓兵，所以武帝把细君公主嫁给乌孙王。到孝宣皇帝的时侯，终于起到了它的效用。现在可以派使者招抚乌孙，与之并力合作。”汉章帝采纳了他的建议。建初九年，朝廷派和恭为代理司马，率兵八百增援班超，班超得到增援后便准备调集属国疏勒和于阗的兵马进攻莎车。
莎车王听到消息后便派人跟疏勒王忠私下联系，并送出重礼贿赂他，疏勒王忠于是背叛了班超，他发动叛乱占据乌即城；班超只好改立府丞成大为新的疏勒王，并调集兵力进攻旧王忠，康居国此时也派精兵帮助忠，班超一时久攻不下。当时，月氏刚和康居通婚，班超派人给月氏王送了厚礼，让他对康居王晓以利害，康居王罢兵，把忠也带了回去，乌即城被再次收复。元和三年，疏勒旧王忠从康居王那里借了一些兵马，据守在损中，他与龟兹人勾结密谋，派人向班超诈降；班超一下就看穿了他的诡计，于是将计就计，答应他投降。忠大喜，轻装简从来见班超，班超为他举办酒宴，在宴席中，班超命人斩杀忠，又乘机击败他的部众，西域南道从此畅通无阻。
元和四年，班超调发于阗等属国士兵二万多人再攻莎车，龟兹王这边则派遣左将军率军与姑墨国、尉头国合兵共五万救援莎车国。局势敌强我弱，班超决定运用调虎离山之计，他召集了将校和于阗国王一同商议军情，他还故意装出胆怯的样子说：“现在兵少不能克敌，最好的计策是各自散去。于阗从这里往东走，长史也从此西归，等听到夜里的鼓声便可出发。”班超又偷偷嘱托手下故意放松对龟兹俘虏的看管，好让他们逃回去报信。果然，龟兹王闻讯后大喜，他亲自率一万骑兵准备在西边截杀班超，然后又派温宿王率领八千人在东边阻击于阗军。班超这边侦知敌人已经出兵，他迅速命令诸部齐发，在鸡鸣时分，直扑莎车国的大本营，此时莎车国营中没有防备，军士见班超带军杀到立刻奔逃，班超一路追斩敌军达五千多人，还获得许多的马畜财物。莎车国兵败后只好投降，龟兹王的大军也渐渐散去，班超因此威震西域。
当初，大月氏曾经帮助汉朝进攻车师有功，就在班超击破莎车的同年，月氏王派遣使者来到班超的驻地，向汉朝进贡珍宝、狮子等，提出要娶汉朝公主为妻，班超拒绝了这个要求，月氏王因而怀恨在心。永元二年夏，大月氏的副王谢率兵七万，东越葱岭攻打班超，班超的军队处于劣势，大家都很恐慌。班超却说：“月氏兵虽然多，但他们跋涉数千里，翻越葱岭来入侵，运输极为不便，有什么可忧虑的呢？只需收好粮食，坚守不出，敌人便会因饥饿而投降，不过几十天便会击败敌人的。”大月氏副王谢进攻班超，一时无法攻克，他们想抢掠粮草又无所得，果然军队疲惫不堪。这时，班超估计他们粮草将尽，一定会派人到龟兹求救，于是他预先命几百士兵在东边埋伏，谢果然派兵带金银珠宝去龟兹求援，班超的伏兵把使者杀死，并派人拿给谢看。谢大为惊恐，进退无据，只好遣使向班超请罪，希望能放他们一条生路，班超放他们回国，大月氏因而大为震惊，每年向汉朝进贡。
永元三年，龟兹、姑墨、温宿等国都已投降，朝廷因功任命班超为西域都护，徐干