第二天，班超将此事报知郭恂，郭恂先是吃惊，接着脸上出现了感觉不公平的脸色。班超知道他心存嫉妒，便抬起手来对他说：“你尽管没有与我们一起行动，但我班超又怎么忍心独占这份功劳呢？”
郭恂脸露喜色。班超于是请来了鄯善王，把匈奴使者的首级给他看，鄯善王大惊失色，举国震恐。班超好言抚慰，鄯善王表示愿意归附朝廷，并把自己的王子送到汉朝作为人质。
班超完成使命后率众回师，并把情况向窦固作汇报。窦固非常高兴，上表奏明班超出使经过和所取得的成就，并请明帝再选派使者出使西域。明帝很欣赏班超的勇敢韬略，认为他是难得的人才，便下诏对给窦固说：“像班超这样的使臣，为什么不派遣他，而要另选别人呢？可以提拔班超担任军司马，让他继续完成出使的任务。”
窦固认为班超手下的人太少，想给他再拨一些人马。班超却说：“我只要带领原来跟从我的三十多人就足够了，如果发生意外，人多了反而更增加累赘。”
班超等人向西域进发，不久，到了于阗国（今新疆和田）。当时，于阗王广德刚刚攻破莎车国（今新疆莎车），在天山南道称雄，北匈奴派使者驻在于阗，对外说是监护它，实际上掌握着于阗的大权。班超到达于阗后，于阗王对他并不很礼貌，态度颇为冷淡。
于阗的巫风兴盛，巫师对于阗王说：“天神发怒了，你们为什么想去归顺汉朝？汉使有一匹嘴黑毛黄的好马，你们赶快把它弄来给我祭祀天神！”
于阗王派宰相私来比向班超讨要那匹马，班超早已清楚事情原委，痛快地答应了。但是提出要巫师自己来牵。等到巫师到来后，班超不由分说，将他杀死，并逮捕了私来比，痛打数百皮鞭。把巫师的首级送还于阗王，说明利害，以道义责备他。于阗王早就听说过班超在鄯善国诛杀匈奴使者的作为，因此颇为惶恐，当即下令杀死北匈奴使者，重新归附汉朝，班超重赏了于阗国王和他的臣子，成功镇抚于阗。西域各国因此全都派出王子入朝为人质，西域与汉朝中断了六十五年的关系，至此才恢复。
当时匈奴人扶立的龟兹（今新疆库车县城东郊）国王倚仗匈奴的势力在天山道肆无忌惮，他派兵攻破疏勒国（今新疆喀什），杀死其国王，另立龟兹人兜题为疏勒王，疏勒国实际掌握在龟兹人手中。
永平十七年（74年）春天，班超带手下人从小道向疏勒国进发。班超行至兜题居住的架橐城九十里的地方，派手下吏员田虑去招降兜题。
班超指示说：“兜题并不是疏勒人，疏勒国民一定不会为他尽忠效命的，他如果不肯投降，就将他扣押起来。”
田虑只身来见兜题。兜题见田虑势单力孤，根本没有投降的意思。田虑乘其不备，抢上去劫持了他。在这种突发事件下，兜提手下的人都惊惧奔走。田虑乘马疾驰，到班超处复命。班超当即来到架橐城，把疏勒文武官员全部集中起来，向他们陈说龟兹种种不合理的行径，宣布另立原来被杀掉的疏勒国君的侄儿忠当国王，疏勒人非常高兴。新王和一班官员要杀死兜题，但班超从大局出发，说：“杀他无益于大事，应该让龟兹知道大汉的恩威。”说服众人释放了兜题，疏勒也平定。
至此，班超两次出使，凭借智勇，已先后使鄯善、于阗、疏勒三个国家恢复了与汉朝的臣属关系。
永平十八年（75年），汉明帝驾崩，焉耆（今新疆焉耆回族自治县）国乘汉朝大丧的机会，围攻西域都护陈睦，将其杀害。班超孤立无援，而龟兹、姑墨（今新疆温宿县、阿克苏市一带）等国也屡屡发兵，进攻汉朝属国疏勒。班超与疏勒王忠互为犄角，首尾呼应，在盘橐城据守。虽然势单力孤，但仍坚持了一年多。
建初元年（76年），汉章帝刘炟即位，朝廷认为陈睦已死，担心班超独处边陲，难以支持，于是下诏命班超回国。班超受命将归的时候，疏勒举国忧恐。都尉黎弇说：“汉使如果离开我们，我们必定会再次被龟兹灭亡。我实在不忍心看到汉使离去。”
说罢，便拔刀自刎而死。班超率部至属国于阗，于阗国王和百姓都放声大哭，他们说：“我们依靠汉使，就好比孩子依靠父母一样，你们千万不能回去。”
不少人还抱住班超的马腿苦苦挽留。班超见状，自知于阗父老决不会让他东归，而他也想留在这里，完成他立功异域的宏愿，便决定暂不回汉朝，重返疏勒。疏勒有两座城在班超走后，已经重新归降了龟兹，并且与尉头国（今新疆阿合奇县）联合起来，意图造成大乱。班超将反叛首领逮捕，又击破尉头国，斩杀了六百多人，才使疏勒再次安定。
建初三年（78年），班超征召各属国的士兵一万多人攻破姑墨国，斩杀了七百人，将龟兹孤立。
建初五年（80年），班超上书给章帝，分析西域各国形势及自己的处境，提出了平定西域各国的主张，他说：
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