但是，没过几天，情况却急转直下，不但鄯善工几天都不见面，而且连侍者的态度也不再像以前那么殷勤和友好了。班超心想，一定是发生了什么事，很可能是匈奴也正好派来了使者，使鄯善王改变了态度。为了摸清情况，班超召来都善国的侍者，劈头问道：“匈奴使者来数日，今安在乎？”侍者不知班超只是探听虚实，以为秘密已经暴露，马上十分惶恐地供出了实情。班超证实了自己的判断之后，马上让随从将侍者幽闭起来，并立刻召集手下36位随从，一起饮酒聚会。待酒足饭饱以后，班超突然对大家说：“卿曹与我仅在绝域，欲立大功，以求富贵。今虏使到才数日，而王广礼敬即废。如今鄯善收吾属送匈奴，骸骨长为豺狼食矣。为之奈何？”手下随从果然被激怒，纷纷表示：“今在危亡之地，死生从司马。”班超见大家都毫无惧色，又说“不入虎穴，不得虎子。当今之计，独有因夜以火攻虏，使彼不知我多少，必大震怖，可殓尽也。灭此虏，则鄯善破胆，功成事立矣。”有人提出，此事应该和从事郭恂商量一下，但班超知道郭恂是一个胆小怯懦之人，如果和他商议不成，反而会泄露秘密，延误了大事，于是反驳说：“吉凶决于今日。从事文俗吏，闻此必恐而谋泄，死无所名，非壮士也。”在得到大家的同意后，班超立刻部署，让一部分人马上带上战鼓潜伏到匈奴使者的营帐后面，约定一见前面火起，立即擂动战鼓，大声呐喊。他带着其余的人埋伏在匈奴营寨大门之前。是夜，正好刮起大风，班超命人顺风点火，刹那间火势大起，喊声一片。匈奴人不知底细，顿时慌作一团。班超趁敌人混乱之机，一马当先，冲入动阵，“手格杀三人”，手下随从壮士亦“斩其使及从士三十余级，余众百许人悉烧死”（皆见《后汉书·班超传》），一场火攻歼灭战很快地就结束了。
天亮以后，班超将战斗经过告诉郭恂，果如班超所料，郭恂听后，先是大惊失色，既而又想，既然大功已经告成，何不趁机分点功劳，捞点好处呢？班超见郭恂的脸色变化不定，心知其所想，就说：“请你放心，虽然你未参加这次行动，但我绝不会独占这份功劳。”听了这话，郭恂马上高兴起来。
之后，班超又将鄯善王请来，然后把匈奴使者的首级往他面前一放。鄯善王一看，顿时日瞪口呆，简直不敢相信班超如此神勇，竟然不动声色，一夜之间就将匈奴一百多人的部队解决了。消息传开之后，鄯善国举国震动，咸服班超之勇。班超借此有利之机，又大度地抚慰惶恐不已的鄯善王广和广大臣民，终于感动了鄯善国人，他们决定归顺汉朝。鄯善王派自己的儿子随班超一起回汉朝，留在洛阳做人质以表诚意。
班超以其过人的胆识，在出使匈奴的第一站就迅速地、不动干戈地使鄯善国归附汉朝，不仅显示了他个人的才能，威震了西域各国，也为他以后再次出使西域。为汉朝再次沟通西域奠定了基础。此时可说是初次显露出他有胆有识、有勇有谋的将才的锋芒。
三威震西域
班超出使鄯善国，胜利地完成了使命，打开了西城南路的第一道大门。他辞别了鄯善王，率领随从回到了窦固军队的驻地，向窦固报告了出使的成果。
窦固听了班超的汇报后，十分高兴，马上具表上奏朝廷，详细汇报了情况和班超的功绩，并说明了再次沟通西域、击败匈奴的乐观前景，要求朝廷更选杰出的使者出使西域，完成大业。汉明帝接到奏报后，也很高兴，并对班超的才智胆略激赏不已，马上下诏说：“吏如班超，何故不遣而更迭乎？今以超为军司马，令遂前功。”妻固本来就很赏识班超，通过攻取伊吾战役和出使鄯善两件事，对班超的才能又有了进一步的认识和了解，因此，一接到明帝的诏令，马上就着手为班超做准备。和匈奴已有多年作战经验的窦固知道，出使西域，和出使鄯善不同，鄯善国虽也属西域，但毕竟离汉朝较近，也靠近自己的驻军，而西域则远离汉朝，加之几十年来，匈奴长期控制此地，情况非常复杂。故，出使西域是一件极其艰难和危险的任务。所以，他决定让班超在原来随从他出使鄯善的36名勇士之外，再多带一些士兵，以防不测。然而班超考虑，既然是深入绝域去沟通联络，应主要依靠双方共同对敌的愿望和西域各国长久以来与汉王朝的友谊以及它们现在对汉王朝的归顺之心，而不能以武力征服，因此，多带士兵反而会使西域人民产生隔阂。再说，既然远离后方，就算多带些兵士，一旦遇到不测也不管用，甚至反而会成为累赘。所以他谢绝了窦固的好意，仍然带着原来那36名和他志趣相同，亦想立功西域的壮士开始了新的征程。
班超此次出使的第一个目标是于阗。于阗是位于鄯善国西面的一个大国。在班超一行到达之前，干阂王广德刚攻破了西面的莎车国不久，正称雄于南道诸国。另外，由于于阗国处于南道一线的中端，因此匈奴很重视它的战略地位，长期以来，都派有专人以使节之名驻扎在于阗，以便监视和控制于阗国王，并进而控制整个南道，正因如此，当班超一行西行来到于阗时，国王广德的态度就极其冷淡。匈奴使者虽然平时颐指气使，骄横无比，但他们也早已听说了班超在鄯善国勇杀匈奴使者、慑服鄯善的壮举，心中也很担心害怕。于是，他们一而继续威胁于阗国王，一方面又耍起了阴谋。当时的于因国，迷信风气很浓厚，国王养着几个所谓的“神巫”，平常不管是军国大事，还是日常小事，都要向“神巫”请示。匈奴使者抓住这一点，威胁、贿赂“神巫”，让他以神的名义恐吓于阗国王，让他除掉班超，永远与汉朝绝交。“神巫”经过一番装神弄鬼，假装天神发怒，要于阗王用班超所骑的浅黑色骏马来祭祀他。班超得知“神巫”的诡计后，就将计就计，让“神巫”自己来取马，然后出其不意地杀了“神巫”，既证明了迷信活动的不可信，又粉碎了匈奴人的阴谋。班超又及时对于阗国王晓以利弊，终于杀掉了匈奴的监护使者，使于阗归附了汉朝。
于阗国臣服汉朝之后，西城南道的一些小国也纷纷效仿，主动地和匈奴断绝了往来，恢复了和汉王朝的友好关系。这样，整个南道中，匈奴的势力就更弱了，整个形势发生了很大变化。
在于阗驻扎、休整了一段时间之后，班超一行又踏上了新的征途，继续向西面的疏勒挺进。
疏勒在整个西域的地理位置很特殊，也很重要。它位于南北两道最西面的交汇点上。当时，汉王朝和西城东部的国家要想再往西去，都必须通过疏勒。而在南北道之间，横亘着浩渺无边的大沙漠，即俗称“死亡之海”的塔克拉玛干沙漠。匈奴要想占领、控制南道诸国，东面有汉朝军队阻挡，因此只能通过疏勒，绕道南进。这样，疏勒就成了双方争取的战略要点。
当时的疏勒，正由北道强国龟兹所控制。龟兹位于北道的中部，国力比较强大，龟兹王建是匈奴一手扶植起来的傀儡，他仗着匈奴人的支持，在北道称王称霸。就在班超西进疏勒之前不久，龟兹王曾派兵攻破疏勒，杀死原来的国王，强立龟兹贵族兜题为疏勒王，把疏勒变成了龟兹的附属国。伪王兜题上台后，立即大肆掳掠疏勒人民的财物，残酷压迫疏勒人民，使疏勒人民处于十分悲惨的境地，这激起了疏勒人民的强烈怨恨。根据这一形势，班超决定不先攻取于阗和疏勒之间的另一个国家莎车，而是绕开莎车，首先袭取疏勒，给匈奴势力以出其不意的沉重打击。
班超带着他的36位壮士从小道直人疏勒，来到距疏勒王城盘橐城90里的地方驻扎下来，然后他派遣了一个叫田虑的人去招降兜题。行前，他指示田虑：“兜题本非疏勒种，国人必不用命。若不即降，便可执之。”（《后汉书·班超传》）果不出班超所料，当田虑只身一人到达兜题王宫的时候，兜题的态度十分傲慢，他见田虑身材比较矮小，更是不把他放在眼里。胆识超人的田虑见劝降不成，便突然冲上前去，挟持了兜题，然后飞马冲回营地。班超见很顺利地解决了伪王，便立即启程进入盘橐城，并马上召集疏勒的文武官员，向他们痛斥匈奴、龟兹的霸道行径，并晓谕汉王朝的友好意愿。疏勒的文武大臣见班超为他们除掉了一大祸害，都十分高兴，表示拥护班超，愿和汉朝通好。班超又派人寻找疏勒老王的后代，结果找到老王哥哥的儿子榆勒，班超让他改名为“忠”，继位为疏勒王。然后又大义释放了兜题。疏勒人民有了自己的国王，也从龟兹的统治下解放出来，都极其兴奋。这样，班超不费一兵一卒就解决了疏勒问题。
班超在四域取得节节胜利的时候，汉明帝刘庄为了配合他的外交活动，在这一年的十一月间，决定派窦固和耿秉等大将率领精锐部队1.4万余骑，对北道东端的车师国（在今新疆乌鲁木齐市东）进行第二次远征。经过艰苦卓绝的较量，窦固大军终于征服了车师前后王（车师国分前后两部，国王乃父子关系）。这样，西域的形势就发生了很大的变化。南道除莎车外，其余国家已基本和汉朝恢复了友好关系，北道的东西两端也为汉朝所控制。在这种有利的形势下，汉王朝决定在西域重新建立西域都护府，以陈睦为西域都护。不久，又设置戊、己校尉，以耿恭为戊校尉，驻金满城（在车师后部境内），以关宠为己校尉，驻柳中城（在车师前部境内）。这样，东汉本部和班超就遥相呼应，对以龟兹国为首的北道中段形成了钳形包围圈。
然而，就在这种南、北两道即将打通的时刻，形势却急转直下，使身居异域的班超一行陷入了困境。一方面，窦固大军在征服了车师以后，按朝廷命令撤军回国。另一方面，长期控制西域的匈奴对汉朝的节节胜利也极不甘心。因此，就在窦固班师不久，他们就发动大军，卷土重来，车师国王又乘机反叛，使刚建立的西域都护府和戊、已两校尉陷入了孤立的境地。恰在此时，汉明帝又去世了。皇帝之死乃国之大丧，按封建社会的礼制，国丧举哀期间不得对外用兵。所以，虽然耿恭、关宠等奋死坚守，频频告急，在弹尽粮绝的情况下坚持了一年多时间，但最终仍被匈奴击败，关宠病饿而死，耿恭及其部下也只有13人生还。汉王朝又失去了北道的东端。与此同时，匈奴又围攻西域都护，杀死陈睦，并纠合北道的焉耆、龟兹、姑墨等国进攻班超驻守的疏勒，班超在这种失却外援的情况下，和疏勒王忠及国人一起与匈奴斗智斗勇，固守林盘橐城一年之久。
建初元年（76年），刚刚继位为帝的汉章帝又听从了少数人放弃西域的主张，竟下令撤销西域都护府和戊、己两校尉，关闭玉门关。他还担心班超在西域难以坚持，也下沼让他撤回汉朝，准备完全放弃西域。君命难违，尽管班超壮志未酬，他也只好打点行装，忍痛告别西域各族人民，默默地踏上了归途。
班超一行要归国的消息很快传开了，疏勒和于阗两国都产生了极大的恐慌，他们一方面不愿看到与汉朝的关系重新断绝，使刚刚建立不久的友谊失去，一方面也担心班超回国后，匈奴又会卷土重来，甚至更残暴地欺压他们。于是，两国君臣和人民都纷纷要求班超继续留在西域，他们失声痛哭说：“依汉使如父母，诚不可去。”（《后汉书·班超传》）许多人抱着班超坐骑的马腿，不让他走。有一个叫黎林弇的疏勒都尉竟为此而自杀，他说：“汉使弃我，我必复为龟兹所灭耳。诚不忍见汉使去。”（同上书）两国人民盛情的挽留和深情的话语，使班超想起自己的壮志和身负的责任。确实，对于班超来说，三年多来，自己呕心沥血，舍生忘死，苦心沟通西域各国，现在大功还未告成，又怎舍得离此而去呢。再说，自己回国了，长期觊觎西域的匈奴必然不会放过西域诸国，自己个人的荣辱事小，但把已经取得的半个西域拱手让给匈奴，就等于背信弃义，这关系到整个汉朝的名声，也是关系到今后能否再通西域的大问题。想到这些，班超毅然决定留下来继续团结各国人民，共同对付匈奴，完成自己的宏愿。
果然不出班超所料，在他离开疏勒国之后不久，龟兹国王建马上在匈奴的支持下实施了对疏勒国的报复，疏勒国内部也有两个城堡的首领举旗反叛。但他们没想到班超会去而复返。班超详细分析了敌人的情况，决定迅速围剿，不给少数死心塌地的叛乱分子以喘息的机会，同时也利于稳定那此被胁迫者的人心。经过迅速。有力的战斗，疏勒国终于又重新恢复了安定的秩序。班超并没有因此沾沾自喜，他很明智地看出，整个形势仍然是很严峻的，疏勒的形势还很复杂：外有匈奴的仆从国龟兹，正挟持一些小国虎视眈眈地伺机进犯，内部仍有一股潜在的反叛势力，准备与龟兹相呼应。而更严重的是，随着东汉朝廷对西域政策的改变，不少国家，尤其是一些小国对班超的信任和依赖感大大削弱，他一时也很难指望国内的支持。然而，面对这种十分不利的局面，班超并未灰心丧气，而是壮志不减，决心孤军奋战，以自己的顽强毅力与敌人斗争到底。
根据当时的形势，班超决定分两步走，第一步是巩固疏勒这块根据地，第二步再以疏勒为基础，南破莎车，北破龟兹，从而贯通南北两道。自班超再定疏勒之后，龟兹国就把疏勒当作眼中钉，龟兹王倚仗自己在北道的霸主地位，一面继续派遣奸细策动疏勒内部反对势力进行叛乱，一面强令附近小国出兵出力从外部进行武装干涉。班超始终团结疏勒人民，多次粉碎了龟兹王建的阴谋企图，一次又一次地把龟兹、姑墨、尉头、温宿各国的联军赶出疏勒的国境。