班超和郭恂率領36名部下向西域出發，第一站他們到了鄯善國（原樓蘭，今新疆若羌縣東米蘭）後，鄯善王對班超等人先是噓寒問暖，殷勤備至，而後忽然改變了態度。敏銳的班超一下子就從這一冷一熱之間覺察出了不同的動靜，他對下屬說：“你們沒有感到鄯善王對我們的冷遇嗎？這其間必定有匈奴的使者來此，勸其入盟。何去何從，鄯善王舉棋不定。聰明人對事物處於萌發狀態便已察覺，何況此事已經從他對我們的態度上明顯地反映出來了。”於是班超召來伺候他們的胡人，詐唬說：“匈奴的使者已來數日，現在在哪兒？”胡人誤以為班超已經了解了一切，遂說出了實情。班超怕走露風聲，便將其囚禁起來，遂邀眾部屬一起喝酒，飲至半酣，班超激動地對大家說：“我們都在塞外異國，來此為國立功，以求榮華富貴。現在匈奴的使者才到幾日，鄯善王就對我們改變了態度。如果鄯善王把我們捆綁起來送給匈奴討好，那我們的屍骨就隻能喂豺狼了。大家說怎麼辦？”官兵們都說表示願意聽從班超指揮。班超說：“不入虎穴，焉得虎子。現在隻有一計可行，就是夜裏以火攻殺匈奴使者，匈奴使者不知我們底細，必然驚慌失措，我們便可趁機殺掉匈奴使者，鄯善王必然膽顫心驚，不敢輕舉妄動，那時大事必定可成。”當時有人建議此事應和郭恂商議後再定，班超憤怒地說：“成敗在此一舉，郭恂缺乏膽識，聽得此事必定狐疑不決，乃至泄密。我們死得毫無名節，這不是壯士所為！”官兵們答應說：“那好吧！”
天黑以後，班超率領眾將士直奔匈奴使者的駐地。正好趕上刮大風，班超命令10人帶著鼓藏於房後，並約定以火為號，擊鼓呐喊。其他人持刀劍和弓弩埋伏大門兩側。一切部署完成之後，班超便順風縱火，火光一起，前後便鼓噪呐喊。匈奴使者不知發生了什麼事情，在慌亂中全部被殺死或燒死。第二天班超才將此事告知郭恂。郭恂大吃一驚，同時又對班超擅自行事極為不滿。班超明白他的意思，就舉起手來抱歉地說：“我應當向您請示，但事情緊急隻得如此，並非我故意擅自做主。”聽了班超的解釋，郭恂才轉怒為喜。
對於匈奴使者被殺之事，鄯善國舉國震驚。班超對鄯善王和百姓們曉之以理，動之以情。好言撫慰一番之後。鄯善王表示願意歸附漢朝，並讓自己的兒子隨同班超回到漢朝作質子。班超完成使命，回到京師之後，將此事報告給奉車都尉竇固，竇固更加賞識班超，並上表朝廷為班超請功。
威服於闐智擒胡王
明帝很賞識班超的勇敢和韜略，認為他是難得的人才，遂命他為軍司馬，讓他再次出使西域，竇固認為班超手下人太少，想給他再增加一些。班超卻說：“我有原來36人就足夠了。倘若遇到意外，人多反而誤事。”
班超等人向西域進發，不久，他們到了於闐國。於闐屬南疆，離玉門關3500裏。國王廣剛攻破莎車國，稱雄西方。他和匈奴結好，匈奴人派使者駐在於闐，名為監護其國。實際上掌握著該國的大權。廣德王與於闐人皆信神巫，班超到於闐後，國王對他們頗為冷淡，許多事情都還要請問神巫是何意見。神巫早與匈奴勾結，竟責備國王不該接待漢使，為了祭祀發怒的天神，神巫乃建議向漢使索騧馬（一種毛色淡黑的駿馬）以祭神，用意無非在故意輕蔑漢使，以攪亂於闐和大漢的關係，而維持匈奴在當地的霸權。班超早知其中原委，爽快答應獻馬，但唯一條件是必須神巫親自到營帳來取。神巫深信不疑，欣然來取馬，班超立即命左右將神巫斬首，把頭顱送到廣德王座前，並曉以利害，責以道義。廣德王以為神巫是法力無邊的，竟在漢使麵前不能保其首領，於是非常恐懼，主動殺掉匈奴使者，歸附大漢。於闐以西諸國，聞風遣使奉表歸順者甚多。
88年，已身為京漢將軍長吏的班超調發於闐等國士兵2萬人，再次攻打莎車（今新疆莎車）。龜茲（今新疆庫車縣）王派遣其左將軍發動溫宿（今新疆烏什縣）、姑墨（今新疆阿克蘇）、尉頭（今新疆阿合奇縣東境）諸國等兵力5萬人救援莎車。班超召集將校及於闐王商議說：“敵強我弱，不宜硬拚，隻能智取。分散兵力以調動敵人，於闐軍可從這裏向東運動，我軍則從這裏向西運動。大軍在夜間出發，而且要擊鼓以助聲威。”同時，暗地裏利用俘虜將分兵的消息透露出去。龜茲王獲得這一情報，非常高興，便親自率領1萬兵馬在西境堵截班超，溫宿王則率8000騎兵到東界追殺於闐王。班超偵知他們已經出兵，火速密令東西兩路大軍齊發，雞鳴時分，直撲莎車大本營。龜茲王在途中得知班超偷襲大本營，回軍已晚，大驚失色，胡亂奔逃。班超在追殺過程中，殺敵5000餘人，並繳獲大量兵馬財物，莎車國隻得投降。龜茲王等人也隻得自行散去，從此，班超威震西域。