汉武帝派遣张骞出使西域时，就把寻求宝马良驹作为十分重要的使命之一。《史记·大宛列传》记载：汉武帝元朔三年（公元前126年），张骞首次出使西域返回长安后，向汉武帝报告西域各国情况时描述：“大宛在匈奴西南……多善马，马汗血。”这是史书关于汗血宝马最早的记录。

汉武帝根据张骞的报告，派出大规模使团，携黄金两千斤和一匹纯金制作的马前往西域大宛国都城，欲以重金购买汗血宝马。然而，大宛国王不但拒绝了汉王朝的要求，还因汉武帝的特使离去时出言不逊，便令军队追杀汉朝使团，抢走了金马。汉武帝接报后大怒，于太初元年（公元前104年）8月，派李广利率兵远征大宛国。远征军长途跋涉，艰难地穿越茫茫戈壁荒漠，由于战线太长，后勤供给困难，加之西域沿途各小国紧闭城门，拒不支持粮草，远征军采取攻下城池就补充粮草，攻不下不恋战，绕城而走，边走边打的战术。打到郁成国时，远征军只剩下几千人，加之人困马乏，最后，远征军彻底溃败了。第二年秋天，李广利带领残部退回敦煌。汉武帝严令李广利部驻扎敦煌，不得退入玉门关，违者斩。此次汉王朝远征西域大宛国，不但未得到汗血马，而且使匈奴及西域各国藐视汉王朝。

汉武帝于太初三年（公元前102年）再次组织远征军，讨伐大宛，发誓取得汗血马，重振大汉王朝雄风。这次组织边骑六万，马三万余匹，运送粮草等后勤物资的驴骡骆驼数万匹。为了保障远征军的兵源补充，又征发戍甲卒十八万作为后卫，屯兵酒泉、张掖以北的要塞居延（今内蒙古额济纳旗）、休屠（今甘肃民勤一带）。在汉朝远征军强大攻势下，沿途各国纷纷打开城门出迎汉朝军队。这样，汉朝军队长驱直入大宛境内，兵临大宛国首都贵山城下。派水工组织工兵部队切断贵山城内的水源，致使其内外交困。攻城四十余日，大宛贵人杀其王毋寡求和。汉军取大宛良马几十匹，中马以下牡三千余匹。亲汉的贵人眛蔡被立为王。汉朝还与大宛结盟并约定，大宛每年向汉朝进贡汗血马两匹，向汉朝俯首称臣，汉武帝大喜，专门在长安城修建御马厩，精心饲养汗血宝马。

汉朝军队讨伐大宛获得汗血马，汉武帝还作了一首《天马歌》：“天马来兮从西极，经万里兮归有德。承灵威兮降外国，涉流沙兮四夷服。”因此，汗血宝马也被后人称为“天马”。

引进了西域汗血宝马的汉朝骑兵队伍，快速作战能力大大提升，战斗力大增。为彻底击溃匈奴的侵略发挥了十分重要的作用。