年，武帝命复攻大宛，派精兵6万，牛10万头，马3万匹，驴、骆驼万余运粮草军资，又增调甲卒18万以为后援，始得攻入大宛外城。李广利大军围攻大宛城四十余日，杀死大宛兵将无数。大宛贵族们害怕了，以汉退兵为条件，斩了国王的头投降，献出3000余匹宝马。汉军返至玉门关人仅万余，马剩千匹。李广利凯旋归国，封海西侯，八千户，军官各有封赏。
巫蛊之祸.征和三年（前90年），李广利受命出兵五原伐匈奴的前夕，与女婿之父丞相刘屈氂合谋立昌邑王刘髆为太子。史载：「征和三年，贰师将军李广利将兵出击匈