汉军的大捷大大震动了龟兹王。匈奴多年来一直是龟兹的后台，正是在匈奴的支持和唆使下，龟兹才同汉朝为敌。如今后台垮了，而且西域大部分国家都已同汉朝和好，自己若再顽抗下去，恐怕是太不明智了。经过再三考虑，龟兹同它的属国姑墨、温宿在汉和帝永元三年（公元91年）向班超递了降表，表示愿意归顺汉朝。
班超很快把这一情况上报朝廷。当时汉和帝还很小，不能管理国家，大权都由窦太后独揽。窦太后和大臣们看到班超的奏章都很高兴。在同年12月就决定恢复15年前因故取消的西域都护、戊己校尉等官职和机构。由于班超在西域做出了很突出的贡献，汉廷决定任命他为西域都护，晋升徐干为长史。由于龟兹王尤利多长期与汉朝对抗，汉朝决定派龟兹侍子白霸回龟兹做国王，实现了班超十多年前的想法。
不久之后，龟兹侍子白霸就由司马姚光护送回到龟兹。在班超和司马姚光的协助下，将龟兹原国王废除，让白霸当上了龟兹王。原国王尤利多则由司马姚光押送到东汉京城洛阳，等候处理。
班超升任西域都护后，从实际出发，决定带领一部分汉军移驻到地理条件、军事条件和生活条件都较好的龟兹国。将西域都护府设在了龟兹的它乾城（今新疆库车附近）。让徐干带领一部分人马仍驻守在疏勒。戊己二校尉领兵仍驻扎在车师国。龟兹、疏勒、车师三国形成了一个三角，便于互相支援。经过二、三年的整顿，汉朝在西域的军事、政治势力都比陈睦事变发生前大为增强。
龟兹投降了汉朝后，北道的形势也起了变化，基本上也已沟通。整个西域大局已定，50多个国家中只有焉耆、尉犁和危须还未归顺大汉。这三个国家在汉明帝永平十八年（公元75年）曾联合攻杀了前任西域都护陈睦及其手下的汉朝官兵二千余人，因为害怕汉朝报复，所以不敢投降。班超早已想将这三个国家降服，但由于龟兹等国刚刚归顺，他必须把已经取得的成绩巩固一下，所以暂时没有腾出手来攻打那三个国家。
到了汉和帝永元六年（公元94年）西域局势已经稳定，班超见时机已到，便调集了龟兹、鄯善等八国的军队和汉朝军队及自愿参战的商人1400名共计7万多人向焉耆、尉犁和危须三国进发。这八国的军队中，龟兹等国在三国的西面，便从西向东进军；鄯善等国在三国的东面，便从东向西进军。因此，焉耆、尉犁和危须这三个国家就处在了东西夹击之中。焉耆、尉犁和危须在西域北道的中间。危须、焉耆、尉犁由北向南依次排列。其中焉耆最强大。焉耆王还是杀害陈睦等人的元凶。“擒贼先擒王”，只要收服了焉耆，其它两国的问题就会迎刃而解了。
班超率兵到达尉犁国边界后，先向三个国家派出使者，对他们的国王说：“班都护这次来，是要镇抚你们三国。如果你们想改过从善，就应当派出大臣来迎接都护。我们都护要赏赐你们的国王和大臣们许多礼物，送完礼我们就回去，现在先送给国王们每人彩缎五百匹。”焉耆王闻讯后心里奇怪：既然说要安抚，为何要率大军来呢？可军队来了又不打仗，只是送礼，他不明白班超葫芦里卖的是什么药。
焉耆王和左将北鞑支商量后，北鞑支坚持要自己去，焉耆王也只好由他去迎接了。这北鞑支是匈奴派在焉耆的侍子。说是侍子，其实权力比国王还大。焉耆王只不过是徒有虚名，像个牵线木偶，实权早已让北鞑支夺去。焉耆王同意他去，也是为了探听虚实，如果北鞑支被班超杀了，那班超一定是来打仗的。因为班超知道北鞑支的地位。如果北鞑支能安全归来，那时自己再去也不迟。
班超见到北鞑支便斥责他说：“你虽然是匈奴派的侍子，但却掌握了国家大权。我身为西域都护亲自到此，焉耆王广不来接我，都是你干的坏事。”北鞑支吓得诺诺连声，头也不敢抬就退了下去。班超的部下纷纷建议说：“北鞑支这人很狡猾，不如把他杀了。”班超摇头说：“你们没想到，这个人的实权比国王还大，如今还未进入他们的国家就先把他杀了，就会引起焉耆王的疑虑。从而会处处防备，如果他们把住险要的地方，我们怎能到达他们的都城呢？”
原来班超深知焉耆等地地势险要，易守难攻。自己虽有七万余人的大军，但要想打下焉耆，势必造成大量伤亡。便决定先不杀北鞑支，稳住国王，然后再寻机降服三国。于是班超赏给北鞑支大批礼物后便把他放回去了。焉耆王见北鞑支安全归来，大为放心，就高高兴兴地率人到尉犁的边界去迎接班超。
焉耆王虽然放下心去迎接班超，但他还是不想归顺汉朝，打算凭借地势险要，来阻止班超进入焉耆国境。焉耆有个很险要的地方叫苇桥，桥下有一条大河。焉耆王从尉犁归来便把苇桥拆了，切断了进入焉耆的通道，想以此阻止班超他们进入焉耆国。
班超得知这一情况后，并不着急。因为他原先也做好了打仗的准备，事先已派人沿河打探，找到了一处水浅齐腰、水流不急的地方，人马可以直接涉水过河。所以一见苇桥被拆，便率军从那水浅的地方渡河，进入了焉耆国。又悄悄地前进到离焉耆国都只有20里的沼泽地带扎下大营。
焉耆王听到这个消息后，不敢再在城中呆下去，打算率领人马退入山里。焉耆国有个在汉朝做过质子的左侯叫元孟，他很希望焉耆归顺汉朝，因此对焉耆王这种做法很不满意。得知焉耆王要进山自保的消息后，元孟便秘密派人通知班超。班超听完密报，却下令把元孟派来的那个人杀了，表示他不相信这件事。焉耆王听说了自己这里有人告密，居然被班超杀死，又放心了许多，认为班超是信任自己的，不像是来打仗的。
这样一来，倒是元孟给吓坏了，惟恐班超把他交给焉耆王，吓得他整天提心吊胆，度日如年。不久，班超给焉耆王写了一封信，约定某天要和焉耆王、尉犁王、危须王及其臣子们见面，还要当面赏赐礼物。焉耆王此时已对班超十分放心，便决定赴约。
焉耆王的宰相腹久和另外几个大臣私下里一商量，都认为班超不会轻易放过杀死陈睦的凶手。为保险起见，还是三十六计走为上。就这么着，腹久等人事先逃至了博斯腾海一带。危须王心里也不放心，也事先西逃。那天到会赴约的便少了危须王、腹久等十几个人。班超笑容满面地和前来赴约的焉耆王等三十余人坐好。宴会刚开始，班超突然变了脸色，怒容满面地呵斥焉耆王广道：“危须王为什么不来，腹久等人为何逃走？”焉耆王广和尉犁王泛一下就惊呆了，两人你看看我，我看看你，吓得谁也说不出一句话来。其实这一切，都是班超早已安排好的。
班超一声令下，拔剑在手的武士一拥而上，把这些人绑了起来，押送到当年陈睦被害的地方。班超设下祭坛，亲自主持，将焉耆王等30多人处斩，为当初惨死的汉朝两千多官兵祭奠。班超悲痛地说：“陈都护及死去的两千官兵，班超不才，到今天才得以将杀害你们的凶手处死，以慰你们的在天英灵。”
处死焉耆王等三十多人后，班超派人把他们的首级送到了京城洛阳，报功请赏。随后，班超率军攻破了焉耆、尉犁和危须三国，杀死了五千多敌人，活捉了10万多俘虏，还收缴了马、牛、羊等牲畜30多万头，这三个西域小国最终也归顺了汉朝。
班超来到焉耆国都，问道：“谁是元孟啊？”元孟来到班超跟前说：“我就是。”班超打量了他一番，然后笑着说：“我那次杀了你派的密使，让你受了惊恐，你一定会误解我，但那是以大局为重，不得已才这样做的。”接着，班超把自己原来的计划对元孟说了一遍，元孟这才明白过来，不禁对班超的魄力和才能深感佩服。班超看到元孟是亲汉朝的，便立他为焉耆王。还另立了两个人当尉犁和危须两国的国王。此后半年时间里，班超都留在焉耆国都，做安抚工作，并进一步稳定西域局势。
至此，自从班超42岁出使鄯善国以来，他凭借自己非凡的才能和超人的胆识，在西域奋斗了22年，终于将西域局势控制。班超已全定西域，建不世之功，为平复战乱创伤计，他又留驻焉耆半年，进行安抚。不久，西域五十余国皆派送人质入侍洛阳，以表归附。进而远至西海（地中海）之滨，安息（即安息王朝统治下的帕提亚帝国，辖今伊朗一带）、条支（即今沙特阿拉伯西部，为安息属国）等四万里外的国家，都经过几重翻译来汉朝进贡。史称西域之“二通”。汉朝的威名也因此大震。
自中外交通以来，中国于世界之影响力，至东汉和帝时达到第一个巅峰，其间班超这位孤胆英雄急先锋，居功至伟。东汉朝廷根据班超做出的成绩，在汉和帝永元七年（公元95年）为嘉奖班超，特封他为定远侯。此时，班超已65岁。
诏曰：“往者匈奴独擅西域，寇盗河西，永平之末，城门昼闭。先帝深愍边萌婴罗寇害，乃命将帅击右地，破白山，临蒲类，取车师，城郭诸国震慑响应，遂开西域，置都护。而焉耆王舜、舜子忠独谋悖逆，恃其险隘，覆没都护，并及吏士。先帝重元元之命，惮兵役之兴，故使军司马班超安集于阗以西。超遂逾葱领，迄悬度（山名，在今新疆西南部，谓以绳索悬缒而过也），出入二十二年，莫不宾从。改立其王，而绥其人。不动中国，不烦戎士，得远夷之和，同异俗之心，而致天诛，雪宿耻，以报将士之仇。《司马法》曰：‘赏不逾月，欲人速睹为善之利也。’其以汉中郡南郑之西乡（今汉中市镇巴县）封超为定远侯，邑千户。”