这次进军十分顺利，越过天山之后，班勇指挥联军进入车师后国，因为有六千名汉军骑兵的支援，战斗力远非车师后军所能比。车师后王军就以及北匈奴持节使率军迎战班勇，结果被杀得丢盔卸甲，溃不成军，被杀死及俘虏的人数超过八千人。好汉不吃眼前亏，车师后王军就投降，北匈奴的持节使成为阶下囚。
班勇将被俘的北匈奴持节使带到伊吾，索班与一千余名汉军士兵的阵亡处（120年），杀持节使以祭奠汉军阵亡官兵，传首京师。
次年（126年），班勇废车师后国军就，改立加特奴为车师后国王。同时派遗领将前往东且弥国，杀死不肯归附汉室的国王，另立亲汉派的国王。其余仍然归附的数个国家，如卑陆、蒲类、移支等国，大惊失色，全部向班勇投降。
此时西域五十余国中，只有焉耆国不肯归降。
班勇决心扫除北匈奴的势力。北匈奴人原先与车师前、后国为跳板，驻军于此，欲掌控西域事务，然后班勇以迅雷不及掩耳之势迫降了车师前国与车师后国，使得北匈奴人没有立足之地，只得向北退却。班勇集结了一支由诸国军队构成的数万人的大军，对西域北部的北匈奴发动进攻，这是自金微山之战后，对北匈奴发动的最强大的一次进攻。
班勇正面的敌人是北匈奴呼衍王所率领的二万多人的骑兵，北匈奴正是凭借这支骑兵号令西域，看来自从北匈奴在金微山之役逃遁之后，经过卧薪尝胆之后，又有一番起色。只是班勇彻底断绝了北匈奴重新崛起的机会。班勇指挥多国联军奋勇作战，大破北匈奴，呼衍王只身逃跑，他的部下两万多人，向班勇投降。
这是一次伟大的胜利。
在战斗中，联军俘虏了北匈奴单于的从兄，班勇把他交给了车师后国王加特奴，让加特奴亲手将其杀死。这样一来，让加特奴与匈奴单于之间产生矛盾，以防日后车师后国又一次倒向匈奴一方。
果然，北匈奴单于闻讯后勃然大怒，亲自率领一万多名骑兵对车师后国发动猛攻。车师后国焉是匈奴人的对手，战况吃紧，抵挡不住，但是车师后王也不敢投降，派人紧急向班勇求援。班勇派假司马曹俊率援军入车师后国，在金且谷一带与北匈奴单于交战，结果北匈奴再遭败绩，看来北匈奴真是雄风不再了。
北单于终于败退，曹俊率军追击，斩杀匈奴的贵族骨都侯。匈奴在车师一带混不下去了，撤到了枯梧河一带，匈奴夺回西域的幻想终于在班勇的打击之下完全破灭了。
班勇此番出击匈奴意义非凡，如果东汉政府放弃西域，那么很可能给匈奴人的再度崛起提供一个良机，如此匈奴有可能再度成为中国最重要的外患，但是经班勇的打击之后，匈奴人彻底地绝望了。
匈奴人走了，西域五十余国，只剩下焉耆国还负隅顽抗。焉耆国是西域各国中，最不愿意归附汉帝国的国家，在班超经营西域时，焉耆国也是晚后投降的国家。
此时的焉耆王元孟乃是当年班超所立的国王，已经在位三十余年，但却拒绝归附，究其原因，大约是因为班超之后，任尚担任西域都护期间，焉耆国参予了反对西域都护的战争，当年焉耆就是因为曾攻杀西域都护陈睦，最后国王被班超所诱杀，元孟可能担心投降后与前任国王的下场相同，所以拒绝归附。
顺帝永建二年（127年），班勇上书朝廷，请求发动对焉耆国的战争。
朝廷批准了班勇的军事计划，并且派敦煌太守张朗率领敦煌、张掖、酒泉、武威四郡的部队三千余人，入西域协助班勇。班勇则率西域诸国联军共计四万多人，与张朗兵分两路，约定好发动进攻的日期，准备南北夹击焉耆。
张朗从敦煌出发前，不知因何原因犯了法，所以他急着在战场上有所表示，以期戴罪立功，因此在没有照会班勇的情况下，张朗提前发动进攻。张朗的冒险计划侥幸获得成功，进入焉耆国之后，焉耆守军在爵离关一带设防，张朗在三千名大军勇破焉耆军，斩杀二千余人。此时焉耆国王元孟得知班勇正率四万大军杀奔过来，心里对坚守到底没有把握，于是派人前往张朗处，请求投降。
张朗接受焉耆国王的投降，因此班勇尚未到达，战争便已经结束了。
接下来发生了一件令人难以思议的事情。
班勇竟然被指控为没有如期发动进攻，被调回首都洛阳，关进监狱，最后被解除西域长史之职。分明是张朗将进攻焉耆的时间提前，并非班勇之过，怎么朝廷会将此不白之冤强扣在班勇头上呢？
班勇所蒙受不白之冤，很可能是因为班家与皇家之间的过节所致。
我们把班勇蒙冤与三年后发生的一件事联系起来。三年后（130年），班超的孙子、班勇的侄子班始（班雄之子）杀死其妻阴城公主（汉顺帝的姑妈，清河王刘庆的女儿），结果被判处死刑，班始被腰斩，其兄弟姐妹全部被斩首。这个悲剧源于班始的不幸的婚姻，班始与阴城公主成亲之后，不想阴城公主凭借自己公主身份，为所欲为，生活极为放纵，拥有众多的情人，甚至还不在乎班始的愤怒，把情人带到家中，硬给丈夫戴上绿帽子，严重伤害班始的自尊心，最后班始悲愤之下，手刃阴城公主，惨遭灭门之祸。
虽然班始杀死阴城公主是三年后的事情，但是可以肯定这对夫妻的关系一直是很不好，班氏家族在东汉时期也是一大望族，人才辈出，阴城公主势必利用其权力，打击班家势力。所以班勇无故蒙冤，是否与阴城公主背地里的陷害有关呢？史料不详，这只能是个谜了。
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