经过短暂而认真的准备之后，班超就和郭恂率领三十六名部下向西域进发。班超先到鄯善(今新疆罗布泊西南)。鄯善王对班超等人先是嘘寒问暖，礼敬备致，后突然改变态度，变得疏懈冷淡了。班超凭着自己的敏感，估计必有原因。他对部下说：“宁觉广礼意薄乎？此必有北虏使来，狐疑未知所从故也。明者睹未萌，况已着邪”(《后汉书·班超列传》)。
于是，班超便把接待他们的鄯善侍者找来，出其不意地问他：“匈奴使来数日，今安在乎”(《后汉书·班超列传》)？侍者出乎意料，仓猝间难以置词，只好把情况照实说了。班超把侍者关押起来，以防泄露消息。接着，立即召集部下三十六人，饮酒高会。饮到酣处，班超故意设辞激怒大家：“卿曹与我俱在绝域，欲立大功，以求富贵。今虏使到裁数日，而王广礼敬即废；如令鄯善收吾属送匈奴，骸骨长为豺狼食矣。为之柰何？”众人都说：“今在危亡之地，死生从司马。”班超说：“不入虎穴，不得虎子。当今之计，独有因夜以火攻虏，使彼不知我多少，必大震怖，可殄尽也。灭此虏，则鄯善破胆，功成事立矣。”有部下说：“当与从事议之”班超大怒，说：“吉凶决于今日。从事文俗吏，闻此必恐而谋泄，死无所名，非壮士也”(《后汉书·班超列传》)！部下一致称是。
这天天刚黑，班超率领将士直奔匈奴使者驻地。时天刮大风，班超命令十个人拿着鼓藏在敌人驻地之后，约好一见火起，就猛敲战鼓，大声呐喊。并命令其他人拿着刀枪弓弩埋伏在门两边。安排已毕，班超顺风纵火，一时，三十六人前后鼓噪，声势喧天。匈奴人乱作一团，逃遁无门。班超亲手搏杀了三个匈奴人，他的部下也杀死了三十多人，其余的匈奴人都葬身火海。
第二天，班超将此事报知郭恂。郭恂先是吃惊，接着脸上出现了不平之色。班超知道他心存嫉妒，便抬起手来对他说：“掾虽不行，班超何心独擅之乎”(《后汉书·班超列传》)？郭恂喜动颜色。班超于是请来了鄯善王，把匈奴使者的首级给他看，鄯善王大惊失色，举国震恐。班超好言抚慰，晓之以理，鄯善王表示愿意归附汉朝，并且同意把王子送到汉朝作质子。
班超完成使命，率众回都，把情况向窦固作了汇报。窦固大喜，上表奏明班超出使经过和所取得的成就，并请皇帝选派使者再度出使西域。皇帝很欣赏班超的勇敢和韬略，认为他是难得的人才，对窦固说：“吏如班超，何故不遣而更选乎？今以超为军司马，令遂前功”(《后汉书·班超列传》)。窦固认为班超手下的人太少，想给他再增加一些。班超却说：“愿将本所从三十余人足矣。如有不虞，多益为累”(《后汉书·班超列传》)。
班超等人向西域进发，不久，到了于阗(今新疆和田)。当时，于阗王广德新近攻破莎车(今新疆莎车)，在南道雄帜高张，匈奴人派使者驻在于阗，名为监护其国，实际上掌握着该国的大权。班超到于阗后，于阗王对他不修礼貌，颇为冷淡。于阗巫风炽盛，巫者对于阗王说：“神怒何故欲向汉？汉使有騧马，急求取以祠我”(《后汉书·班超列传》)。于阗王派人向班超讨要那匹马，班超早已清楚事情原委，痛快地答应了。但是提出要神巫自己来牵。等到神巫到来，班超不由分说，将他杀死，把首级送还于阗王，晓以利害，责以道义。于阗王早就听说过班超在鄯善国诛杀匈奴使者的作为，颇为惶恐，当即下令杀死匈奴使者，归附汉王朝。班超重赏了于阗国王及其臣子们。