公元73年2月，正义的反击战争开始了，东汉政府命令44000名精简骑兵，分四路出击北匈奴。窦固指挥12000精锐骑兵从酒泉出发，突袭北匈奴的呼延王。在一切准备就绪后，汉军兵分四路，大举出击，进攻匈奴。其中窦固、耿忠率领酒泉、敦煌、张掖三郡兵马及凉州属国内附的羌人、胡人部队，各族联兵共一万二千骑，自酒泉出塞，行经八百里瀚海（即莫贺延碛，现称“哈顺戈壁”），直抵祁连山脚下，北匈奴的呼延王率军在这里抵抗，一场大战即将来临。班超观察了一下周围的地势，对窦固献计说：“这里水源缺乏，我们要抢在水源头附近设营，以防军中无水自乱，而且水源头兼有居高临下之利，这样平时我们能清楚地观察敌情，打起仗来，我们也易于攻守。”
窦固听了后，心里很高兴，便采纳了他的建议，扎下了大营与匈奴军对峙。
接着班固又建议说：“我们远道而来，而对方是以逸待劳。他们以为我们很疲惫，今晚必定会来偷营，我们不如将计就计，白天尽量休息，晚上在四周埋伏，留给他们一座空营，等敌人一进入空营，我们就可以一举将他们歼灭。”窦固采纳了他的建议，传令让士兵提前做饭休息，等到晚上好打仗。
果然不出班超所料，匈奴大队人马在深夜时前来偷袭，他们一听汉军营中鸦雀无声，还以为东汉士兵都在休息，便突然呐喊着冲人营地，可他们进入营地后，竟未见一兵一卒。他们这才知道中了计，正当准备撤退时，四周猛然间杀声震天，光照得如同白昼，东汉的军队从四面八方冲了进来，将匈奴军队团团围在中间，汉军勇猛冲杀，呼延王带领兵马一路向西逃窜。
在祁连山地区，汉军把呼延王打得大败。呼延王败走以后，部分汉军留在伊吾庐城（该城原属伊吾庐国，后被北匈奴灭掉）。东汉政府从北匈奴手中取得此城后，在那里设置了宜河都尉，管理开辟田地、积储粮食的事情。
伊吾庐城成了东汉政府用以反击北匈奴的前沿阵地。东汉军队占领的伊吾庐，是一个重大胜利，因为伊吾庐在地理位置上是至关重要的。它在当时陆地上的位置有点像东南亚的马六甲海峡，它是匈奴侵扰汉朝和控制西域的必经之地。因此它就像一个咽喉一样处于东汉、匈奴和西域之间。东汉控制了伊吾庐，对匈奴无疑是个巨大的损失。因为这样一来既切断了匈奴同西域各国的联系，也牵制了匈奴进扰东汉的通道。
班超在这次战役中立了战功，得到窦固的嘉奖和赏识，被提拔为假司马。
假司马是候补的军司马或军司马的副手，汉代的制度规定：——个将军营分5部，每部设一个军司马。军司马是仅次于将军的具有指挥权的军官，其下有近3000人的队伍。由此可知，假司马有很大的职权和很重要的军事地位。
班超这时已经42岁，正是精力充沛，经验丰富，才华横溢的时期。不入虎穴，焉得虎子。汉军大胜之后，窦固召班超，交给他一个重任，让他作为先锋，独自率领一支兵马，前去攻打伊吾城。他欣然接受假司马的任命，单独带领一支人马向伊吾庐进发，配合窦固的主力军，绕道进攻北匈奴的白山部。
那时正是严寒的冬季，班超带领队伍急速前进，在伊吾庐以北的薄类海地区，和白山部在冰天雪地中展开大战。
经过这二次反击战，西域国家看到汉朝的力量很雄厚，给了北匈奴很沉重的打击，就又请求东汉政府去援助、解救他们。东汉政府经过考虑，同意了他们的请求，依照西汉的做法，重新设立西域都护的校尉，派出少数汉军，联合各国力量，共同对付北匈奴。这样，原来在北匈奴统治下的西域国家又开始归向中国了。
伊吾城是北匈奴在西域的重要军事、经济基地，也是呼衍王多年经营的牧邑。此地天山隔绝，水土最佳，可不赖蒙古高原本部而自立有余，以奴役西域各族。汉军若不能夷平此地，中原北伐即如抽刀断水之状。窦固将如此重任交托给初战沙场的班超，可见窦固对他的信任之大，期望之高。而班超在他人生转型之初便当此大任，按理说应该有一些不易觉察的紧张，但连他自己也感到奇怪，面对即将到来的一场恶战，他的心情异常平静，仿佛他的前世今生都属于战场，仿佛他早已身经百战。
呼延王见汉军又追来，却也不着慌。原来北单于早有计划，各部不必与汉军硬拼，可诱敌深入，且战且退，伺机伏兵击之，则可反败为胜，让汉军无功而返。于是，匈奴军佯做不敌，弃城向北撤退，班超在后紧追不舍。呼延王见汉军果然中计，暗自心喜，乃将大兵埋伏于蒲类海（今天山巴里坤湖）边，准备先吃掉班超先头部队，而后大举反击。
白雪皑皑的天山，碧波荡漾的湖水，一切都美得如梦似幻，这是险恶的战场，还是安宁的仙境？率队飞驰在蒲类海边的班超，看着漫天飞舞的雪花，静静地在手中溶化，简直要迷醉其中了。
危险就在前方，班超何以如此放松？原来，班超早已秘密派出侦骑，探得匈奴伏兵准确所在，遂欲将计就计，沿湖潜行，闪电奇袭。这就是班超，他胸有成竹，自信从容，无所畏惧。
一瞬间，震天的鼓声与马蹄声打破了平静的湖水，一时刀剑翻飞，箭雨如注，见此情景，班超积郁在心中的激情终于像火山一样爆发了，只觉激情与热血从身上每个毛孔中迸发出来，狂飙四射，将无数匈奴人斩杀于马下。激战过后，战场重归平静，呼衍王已狼狈北奔，落荒而逃。班超稍稍平定心神，欢歌赏美景，饮马蒲类海，然后率部从容班师，向窦固报功。