至此，班超两次出使，凭借智勇，已先后使鄯善、于阗、疏勒三个王国恢复了与汉朝的友好关系。
公元75年，汉明帝去世，焉耆(今新疆焉耆回族自治县)国乘汉王朝大丧的机会，围攻西域都护，杀死了都护陈睦。班超孤立无援，而龟兹、姑墨(今新疆温宿、阿克苏一带)等国也屡屡发兵，进攻疏勒。班超跟疏勒王忠互为犄角，首尾呼应，拒守架橐城。虽然势单力孤，但仍拒守了一年多。
公元76年，汉章帝即位，朝廷认为陈睦已死，担心班超独处边陲，难以支持，下诏命班超回国。班超受命将归，疏勒举国忧恐。都尉黎弇说：“汉使弃我，我必复为龟兹所灭耳。诚不忍见汉使去”(《后汉书·班超列传》)。说罢，拔刀自刎而死。班超率部至于阗，于阗国王侯百姓都放声大哭，他们说：“依汉使如父母，诚不可去”(《后汉书·班超列传》)。不少人还抱住班超的马腿苦苦挽留。班超见状，自知于阗父老决不会让他东回，而他也想留在这里，完成他立功异域的宏愿，便毅然决定，不回汉朝，重返疏勒。疏勒有两座城在班超走后，已经重新归降了龟兹，并且与尉头国(今新疆阿合奇)联合起来，图为大乱。班超捉捕反叛首领，击破尉头国，杀六百余人，使疏勒复安。
汉章帝建初三年(78年)，班超率疏勒等国士兵一万多人，进攻姑墨，并将其攻破，斩首级七百个，孤立了龟兹。
五年(80年)，班超上书给章帝，分析西域各国形势及自己的处境，提出了要趁机平定西域各国的主张。
