，各自向目的地出发。耿秉、秦彭率军追寻匈奴句林王部，深入沙漠六百余里，至三木楼山，并没有遇见匈奴踪影，只得勒兵而回。另外两路，或抵达匈奴河畔，却由于北匈奴军打探到汉军出击的消息，早就逃跑；或因为内部原因率军返回，都没有收获任何战果。只有窦固、耿忠率军进入天山地区，袭击了呼衍王部，斩首千余人。呼衍王败逃，汉军迫至蒲类海(今新疆巴里坤湖)，攻占了伊吾卢城，设置宜禾都尉，留吏士屯田于伊吾卢城。同时，窦固派遣假司马（汉官名凡加“假”者，均副贰之意）班超率“三十六吏士”出使西域，从外交上争取西域诸国，破坏北匈奴与西域诸国的联合，以配合军事进攻。

公元74年夏天，窦固和驸马都尉耿秉、骑都尉刘张率领一万四千骑兵向西域进发去攻打车师（今新疆吐鲁番西北）。车师国有两个王：前王和后王，前王是后王的儿子，两个王庭之间相隔五百多里。窦固认为，汉军距后王比较远，路又不好走，一路走过去士兵的身体会吃不消，因而打算先进攻前王。但耿秉认为应当先去打后王，集中力量打击主要目标，那么前王肯定会不战自降。窦固还没有做好决定，耿秉翻身上马打前锋，率领所属部队向北挺入，其他部队不得已而一同进军，斩杀敌人数千。车师后王听说汉军打过来了，想都没想就走到城门外面，摘下王冠，迎接耿秉，宣布投降。耿秉带着后王拜见窦固，车师前王随后也投降。

公元75年二月，朝廷下诏命窦固罢兵返回洛阳。回到朝廷后，窦固上书明帝，建议重新设置西域都护及戊己校尉。明帝于是任命陈睦为西域都护，又命耿恭、关宠为戊己校尉，各自统领数百人，分别驻军车师后王部金蒲城及前王部柳中城。

至此，汉朝与西域的交通在中断六十多年后又重新恢复。窦固在边疆期间，尊重当地少数民族的风俗习惯，与周边各民族关系融洽，多次军事行动都取得了西域各国的帮助。据史书记载，窦固曾经有一次去羌人部落联络感情，羌人以贵客之礼招待他，准备了一些五分熟烤肉，用刀切开后还一边淌血水。跟窦固一块去的汉人看着带血水的烤肉，不知道如何下嘴，窦固却不拒绝，拿过来就吃。窦固入乡随俗，尊重了羌人的文化。以尊重换尊重，羌人也很尊敬他。羌人在王莽时期迁入河西走廊，之后和东汉摩擦不断，但在窦固治理的这段时间，羌人却对他非常敬服。

汉章帝刘炟即位以后，给涅阳公主加号为长公主，让窦固接替魏应继任大鸿胪。每次遇到涉及边疆事务的问题，汉章帝都要征求窦固的意见。公元78年，汉章帝追