延光二年（123年）夏，班勇率领一支500人的队伍，进入了像火烤一样的柳中大地（今新疆鄯善县鲁克沁镇有柳中城故址），安营扎寨，开荒造田，而他更重要的任务是，筹划如何联合西域城国的力量，共同打击仍嚣张于天山南北的匈奴骑兵。
班勇在西域最主要的敌手是北匈奴，而为西域门户之要地的车师之地处于他们的控制之中。因而，班勇能否臣服匈奴控制之下的车师前后部及车师六国，成为其在西域能否继续开展活动的关键所在。此时，班勇又把矛头对准了北匈奴的呼衍王。北匈奴被逐出西域后，时时不忘卷土重来，只是害怕汉朝的势力，才没敢动兵。汉朝撤回驻西域的官兵后，北匈奴就占据了伊吾庐，重新役使西域诸国，并进而袭击河西。汉安帝元初六年（公元119年），敦煌太守曹宗经朝廷许可后，派长史索班率千余人出屯伊吾庐，鄯善王及车师前王受抚来降。但第二年匈奴即率车师后王攻杀索班，并将北道诸国重新占领。班勇发誓要报仇雪耻。
班勇进驻西域之后，其活动从一开始便与战争相连，这是因为当时班勇面对的最棘手的问题便是北匈奴势力的侵扰与某些西域城国的叛乱活动。因而，班勇的首要任务便是恢复东汉政府对西域诸国的管辖，解除匈奴势力对东汉王朝的威胁。
其实际进行的步骤是：
一、汉安帝延光二年（公元123年），朝臣张挡出任敦煌太守。他到了边塞才明白自己原来主张“闭玉门，绝西域”是错误的，转而支持曹宗及班勇的“屯田西域，击破匈奴”的方针。
延光三年（124年）春，班勇至楼兰，首先说服一贯和汉朝关系比较亲近的鄯善归附。鄯善降汉后，班勇还亲到楼兰去抚慰。继而“开以恩信”争取国力较强的龟兹共同对敌。龟兹王白英打消疑虑，与姑墨、温宿三国也相继来降，率姑墨、温宿发兵万余人，随班勇到车师前王庭，击退匈奴伊蠡王，收得车师前部五千余人，使整个吐鲁番盆地纳于汉军的控制之下，有效地巩固了柳中的屯田基地。班勇就以土地肥沃、地当要冲的柳中为根据地招抚西域各国。
二、自公元124年（延光三年），班勇与北匈奴在车师交锋之后，出于军事考虑，战后，回柳中继续屯田。经过一段时间的休养生息之后，军队得到了休整，粮食供应得到了保障。延光四年（125年）七月，班勇发敦煌、张掖、酒泉六千骑及鄯善、疏勒、车师前部兵，大破与匈奴沆瀣一气的车师后部。这次战斗取得了辉煌的胜利。班勇所率之军“首虏八千余人，马畜五万余头。”然后将生俘的后王使者及匈奴使者在索班遇难处斩首，为战死的汉将报了血海深仇。
顺帝永建元年（公元126年），班勇立车师后王子加特奴为王，又派将除掉东且弥王，另立新王，一举平定车师六国，并派驻汉军，屯田固守。这样，车师前后部及车师六国的归降，无疑是对北匈奴奴隶主贵族的一次沉重打击，使其丧失了一处富饶的物资供应之地。
三、永建元年（126年），班勇发诸国兵，集中全力击溃长期盘踞在东部天山一带的匈奴呼衍王。呼延王只身逃走，其部众二万余人投降。班勇为杜绝车师再投靠匈奴，特用“借刀杀人”的办法，命加特奴亲手将被俘的呼延王堂兄处斩，从此匈奴与车师果然结仇。匈奴单于听说这次惨败的消息后，竟率万余骑兵来攻班勇。班勇派假司马曹俊驰击，单于望风逃窜，呼延王遂放弃伊吾庐，徙居于枯梧河。至此“车师无复虏迹，城郭皆安”。西域诸国再无匈奴侵扰之忧。从此西域没有了匈奴势力，河西也平安无事。
四、永建二年（127年），西域诸国均已归服于汉，唯焉耆王元孟，恃其国境险隘，仍对抗不服。永建二年（公元127年），班勇请求攻打焉耆，皇帝命敦煌太守张朗率河西四郡三千人马配合班勇。而班勇已经征得西域诸国兵四万余人，遂与张朗分出南北两路，约期合围焉耆。那张朗原先有罪，一心要将功折罪，就不顾约定，抢先赶到焉耆，杀敌两千多人，迫使元孟求降，派了儿子到大汉纳贡。这样一来，张朗立了大功，得以免罪，班勇却被诬为按兵不动，迟迟不到，以违反军令，被押解到京师，含冤入狱。后来虽然获释，终因郁郁不得志而死在家中。
这本为班勇经营西域扫清最后障碍之役，却造成班勇以后期之名而征诏下狱。《资治通鉴》载：“于是遣敦煌太守张朗将河西四郡兵三千人配勇，因发诸国兵四万余人分为两道击之，勇从南道，朗从北道，约期俱至焉耆。而朗先有罪欲徼功自赎，遂先期至爵离关，遣司马将兵前战，获首虏二千余人，元孟惧诛，逆遣使乞降。张朗径入焉耆，受降而还。朗得免诛，勇以后期征，下狱，免。”
这段录于《后汉书》卷四十七《班梁列传》的文字，可能有误，班勇屯于柳中，应走北道，不可能远绕南道而行。袁宏《后汉纪》称：“勇将诸郡兵率车师六国兵自北道入。会张朗徼功，径自尉黎入”，比较符合实际。而张朗为徼功自赎，先期受降，走的是“径自尉黎入”即“焉耆、龟兹径路”，这条近路由玉门关—楼兰—尉黎（今库尔勒一带）过爵离关（今铁门关）至焉耆。
张朗原先有罪，欲邀功自赎，先期受降。班勇却因张朗诬告“后期”获罪，结束了他在西域的军旅生涯。东汉永建二年（127年）夏，班勇遭受诬陷，召还下狱。对汉廷昏暗，处置不公，后世治史者皆愤愤不平，《资治通鉴》胡三省注曰：“夏之政典曰，先时者杀无赦，不及时者杀无赦。张朗先期以徼功，法所必诛，则班勇非后期也。汉之用刑，不审厥衷，勇免之后，西域事去矣。”胡注义愤，合于情理，但说“勇免之后，西域事去矣”则不尽然，班勇含冤下狱自然有碍于西域大好形势的发展巩固，但他已为统一大业的实现开创了良好的局面，并显著有力地影响了东汉后期的西域政局，也应作必要的评估和充分的肯定。在班勇联络诸国创建的有利形势下，东汉重新在天山以北车师后部驻军屯田，派员管理，包括陆续出现的戊部候严皓、戊校尉严详等人，都在履行其职责。永建六年（131年）汉廷复置伊吾司马屯田伊吾。阳嘉三年（134年），“车师后部司马率后王加特奴掩击北匈奴于闾吾陆谷，大破之。”这些史事的详细情形，文献缺乏记载。
在西域，班勇只用了四年多的时间，团结争取绿洲诸城国，再度统一西域，不仅消除了西域各地备受匈奴压榨的痛苦，也阻遏了匈奴势力扰害河西之忧，远远超出人们的预期。实际上，他不仅深谙边情，而且有很强的亲和力，团结车师前、后部和塔里木盆地各绿洲城国，摆脱匈奴羁绊，有计划有步骤地不断壮大自身的实力，以柳中为基地，依靠当地力量的支持，给长期盘踞在东部天山、蒲类海（今巴里坤湖）一带的匈奴呼衍王势力以致命的打击，“于是呼衍王遂徙居枯梧河上，是后车师无复虏迹。”塔里木盆地诸国重归于东汉的统辖之下。
当然，班勇进驻西域，并不仅仅限于与西域诸国及北匈奴的战事。班勇作为一名东汉政府的官员，同时也实施了东汉政府对西域的一系列管理政策。这主要表现为以下几个方面：首先，册封了当地少数民族首领，如公元124年（延光三年），班勇因鄯善归附，而对其王“特加三绶”。公元126年（永建元年），平叛车师后部之后，“更立后部故王子加特奴为王”，同时在车师六国又“亦更立其种人为王”。其次，班勇还代表东汉政府处罚了一批反叛首领。公元126年（永建元年），进攻车师后部时，“捕得军就及匈奴持节使者，将至索班处斩之，以报其耻”。其后，又斩东且弥王。结果“中国兵不血刃，而远人率服”。此外，班勇在多次战争中，往往采取就地征兵的办法。此举不仅解决了兵源问题，且“更可不劳中原之师，而粮食自足”。最后，班勇进驻西域后，还组织了屯田垦植活动，而屯田在传播汉族先进的农业生产技术方面，起了一定的作用。所以，班勇的活动和班超一样，对于加强西域和内地的联系有重要意义。
班勇经营西域虽然时间很短，但自他出任西域长史，出兵西域，从公元124年到127年间，仅仅用了四年时间就解决了举朝棘手、公卿无策的北匈奴和天山南北问题，解除了匈奴奴隶主对西域各族人民的残暴统治和对河西走廊的掠夺，使西域重新回到了祖国的怀抱。这一功勋不仅维护了西域诸国的社会稳定与经济发展，且加强了西域同祖国内地的联系与交流，对双方的共同发展不无裨益。
由于班勇的努力，西域的政治形势呈现出一片详和宁静，这便有力地保障了丝绸之路的安全与稳定。因为北匈奴被班勇驱逐，向西远去，西域诸国得免奴役，通过河西这条文化长河，与汉地保持着长时期的正常关系。不仅仅西域与汉地的经济文化交流得以恢复并有所加强，而且东西交通也随之又恢复了以往的生机。要知道，东西交通在海路交通以前，中亚细亚是最普遍的通道。就是在海路发达之后，如取陆地也必须经过此地。不仅从波斯、阿拉伯、欧洲东来，就是从南方印度来中国，通常也是先北上进入中亚，然后再折向东方。沉寂一时的丝绸古道又焕发出勃勃生机。
通过丝绸之路，大汉与西域之间向东西双向传播的，不仅仅有双方各具特色的文化艺术、音乐舞蹈，还有先进的生产制造技术、精美绝伦的工艺制造品及异方殊物。而且大量的考古发现也证实了昔日丝绸古道的繁盛，如在新疆发现了不少汉代矿冶遗址，而且也发现过大量汉代的丝织品，墓主人身上的衣衾服饰几乎无一不是丝织品，看来是用内地输来的丝织衣料在当地裁制的。近代英国考古学家斯坦因在其所著《斯坦因西域考古记》中记述当他打开一处遗址时发现/有花纹的铜镜，木制兵器模型，家具，写在木板同纸上的中国之书，最了不起的是眩耀在我眼前的光怪陆离的织物。其中有美丽的彩绢，很美的地毡，同绣品残片堆绒地毡。此外，还有粗制的毛织物同毡子，西历纪元前后中国织物之残遗，其所以引起特别注意，乃是因为这些东西是就在最古的丝道保留至今的。难怪乎有人称，汉代中国和西北方各国，特别是中亚细亚各国有广泛的文化联系，而双方收获的累累硕果，正是通过丝绸之路摘取的。
当然，我们并不能把西域与内地及东西方交往的所有积极成果统统归之于班勇经营西域的结果，然而我们不得不承认，正是这些勇于开辟险地的勇士们凭借着个人的勇气和智慧，善于把握时机，顺应历史潮流，才使得东汉时期，西域同内地的经济和文化交流更加密切了，才创造出了如此辉煌的历史。
班勇在治理西域的同时，还根据个人的经历，写出了一部优秀的著作《西域记》，详细记述了西域各族、各中亚各国的情况，具有很大的价值。为《后汉书·西域传》所依据，直到今天，仍然是我们研究这一地区的重要历史文献。
像班勇这样一个人才，仅用短短四年时间，就把一个乱糟糟的西域完全平定，最后竟遭此奇冤，足见皇帝的昏庸。后来的朝臣一味妥协，经营西域的官吏，也都是些外行。随着汉朝国势的衰微，更加无暇顾及西域，于是西域诸国纷纷独立，班氏父子两代英豪所惨淡经营的大业，就此凋零。不过，他们在开辟西域、沟通东西交流上所作的贡献，却会永垂青史。他们的雄才大略及献身精神，他们善于团结部下及各民族的作风及英勇善战的业绩，也值得后人永远称颂。
事实证明，用夷攻夷，原为攘夷之上策，然其经营者须能在各蛮夷间维持微妙的实力平衡，而不能让任何一方坐大，故必才如马援、班超之辈，方足收功，否则平虏不足，启衅有余。如东汉对于西羌与西域之处置，皆人走茶凉、人亡政息，便足可鉴。
