班固和班昭為撰寫《漢書》作出了很多貢獻，班超同樣也有一番豐功偉績。
哥哥班固被漢明帝封為校書郎後，班超就和母親在洛陽住下了。班固雖然是蘭台令史，其實工資並不高，為了補貼家用，班超從官府裡找了些抄寫書稿的工作來謀生，這份工作不但乏味，還要求不能出一點兒錯，班超每天都累得半死。有時候他會在抄書過程中突然把筆一丟，大聲說著：「好男兒志在四方，怎麼能困在屋子裡寫書呢？」可惜班超當時沒有官職，很多人聽到他的感歎後都嘲笑他，班超不服氣地說：「將來我要帶兵打仗，馳騁沙場。」
自漢武帝以來，中原和西域各國的來往十分頻繁，漢宣帝還設置了西域都護，保護西域各國的安危。可是王莽執政後撤了西域各國的王號，導致西域各國和中原關係惡化，隨後王莽派人上任西域都護，沒想到被西域之人所殺，從那之後，西域再也沒和中原來往。這樣一來，匈奴就有機可乘，他們開始大肆進攻西域各國。
公元38年，莎車和鄯善派使臣來洛陽給光武帝朝貢，並請求他給西域派遣軍隊，當時劉秀正忙著消滅地方割據勢力，沒有多餘時間和軍隊去管理西域，莎車和鄯善使臣只好失望而回。公元45年，西域十六國的國王都把自己的兒子派遣到洛陽，隨侍在光武帝左右，希望光武帝能答應他們派兵保護西域，劉秀還是拒絕了。西域各國沒有辦法，為了保護自己的國家，國與國之間發生了戰爭，匈奴也參與進來，並逐步控制了西域各國，實力得到巨大的增長。強大後的匈奴開始入侵中原，三番五次偷襲河西各郡縣，令邊境官員苦惱不已。
公元73年，光武帝終於派奉車都尉竇固去打擊匈奴，班超當時是軍中的代理司馬。這是班超棄筆從戎的第一步。在軍中，班超沒有埋頭寫寫畫畫，而是發揮了他的帶兵才能，打了不少勝仗。
他先是率兵經過伊吾（今新疆自治區哈密）來到蒲類海（今新疆自治區巴裡昆湖），在這裡和敵人大戰一場，殺死很多敵人，還擒回很多俘虜。竇固見他有天生的軍事才能，便派他和從事官郭恂一起帶著幾十名士兵出使西域。
班超首先來到鄯善（今新疆自治區羅布泊西南），對鄯善王表示慰問，還送了很多禮物給他。鄯善王一開始很熱情地接待班超一行人，到了後來，態度漸漸變得冰冷，班超想了想，覺得這其中肯定發生了很重要的事情。能讓鄯善王對漢朝使者改變態度，肯定和匈奴有關。於是班超把伺候他們的鄯善侍從抓起來，裝作已經知道匈奴來人的樣子，逼問他匈奴使者住在哪裡。侍從大吃一驚，唯唯諾諾不敢說，班超步步緊逼，侍從只好把匈奴使者的住處告訴了班超。晚上，班超把全部士兵都召集起來喝酒吃飯，趁著酒意，班超激動地對大家說：「我們這些人來到西域，當然想立下功績，令家門榮耀；如今匈奴使者已經來了幾天，鄯善王想把我們送給匈奴示好，落到他們手裡肯定不會有好結果，大家說該怎麼辦？」眾人齊聲說一切聽從班超安排。班超等的就是這句話，他對大家說：「不入虎穴焉得虎子，現在我們只有先發制人，趁著天黑用火攻，把匈奴人一網打盡，到時候鄯善王對我們刮目相看，諒他也不敢不和漢朝交好。」
部下一致同意班超的做法。天黑之後，大家拿著武器一路直奔匈奴人的住處。班超把士兵分為三組，一組人帶著大鼓潛伏在匈奴人駐地後面，一組人拿著弓箭刀槍埋伏在營地大門兩邊，還有一組人則跟著班超去營地周圍放火。安排妥當後，班超和士兵們點燃火把，丟進匈奴人的住處，接著便是震耳欲聾的鼓聲響起，匈奴人被濃煙和鼓聲嚇得慌不擇路，想從大門逃生的人都被亂箭和刀槍殺死，班超也親手斬殺三個匈奴人，剩下的全部被火燒死了。
鄯善王得知班超殺死了匈奴使者，嚇得不知該說些什麼，班超好言好語地勸慰他，要他歸附漢朝。鄯善王痛快地答應了，還把自己的兒子派到漢朝去做人質。
班超勇殺匈奴人的事情傳到了洛陽，漢明帝對他的勇猛和足智多謀很是讚歎，便命他繼續出使其他西域國家。這一次，班超來到于闐（今新疆自治區和田）。于闐王前不久才把莎車（今新疆自治區莎車）攻佔下來，因此自視甚高。班超來了之後，聽到消息說這兒也有匈奴使者，加上于闐王冷淡的態度，班超心裡很是惱火。于闐國信奉巫蠱之術，朝廷裡有一位專門伺候國王的巫師。這位巫師在于闐王耳邊說班超和漢朝的壞話，並唆使于闐王把班超從中原騎來的馬要過來。于闐王聽信了巫師的話，問班超要那匹馬，班超想也沒想就答應了，但是他要求巫師親自來拿。等巫師來了之後，班超就命令左右兩邊的人把他摁住，然後抽出佩劍砍下了巫師的頭。隨後班超把巫師的頭顱獻給于闐王，還和他說了很多曉以利害的話。于闐王慌了神，他想起班超在鄯善國的時候殺死了匈奴使者，心裡不由得對他產生了敬畏之情。於是于闐王命人殺死了留在國內的匈奴人，並表示永遠歸附漢朝。
這以後，班超的名字在西域各國如雷貫耳，說服于闐國後，班超又來到了疏勒國。此時的疏勒國已經被龜茲國佔領了。龜茲國仗著有匈奴撐腰，殺死了疏勒國的老國王，從自己國家找了一個叫兜題的人立為疏勒國的國王。班超秘密來到疏勒國，先是派人去招降兜題，可是兜題一點兒也不合作，還準備殺死班超的手下，結果被抓到班超面前。班超找來疏勒國的大臣們，他們可都是正宗的疏勒人，恨透了龜茲國。班超便從這點入手，終於讓他們和自己結為同盟，之後，大臣們宣佈廢掉兜題的王位，讓前任疏勒國王的侄子當了國王。新國王上任後的第一件事就是宣佈和漢朝交好，而且他還聽從了班超的請求，沒有殺死兜題，對外宣佈漢朝的威德。
公元75年，漢明帝駕崩，舉國哀悼。焉耆國（今新疆自治區焉耆）趁機起兵，殺死了西域都護陳睦。班超所在的疏勒國也遭到了龜茲國和姑墨國（今新疆自治區溫宿、阿克蘇一帶）的進攻，幸好班超和疏勒國頑強抵抗，才沒有讓敵人得逞。漢章帝即位後，朝廷怕班超一個人在西域會遭遇不測，便下旨召他回來。聽到這個消息後，疏勒國和于闐國的臣民驚恐不已，害怕匈奴會在班超走後再次入侵。班超心裡也不願意回朝，他還有更偉大的志向等著實現，於是他留在疏勒國繼續率兵抵抗姑墨國的進攻。漢章帝為他的氣節所感動，派了一萬人馬前去幫助班超，經過一番苦戰，姑墨軍隊被打敗了。
後面幾年，班超又參與了鎮壓莎車的戰爭，取得完勝，令莎車歸附漢朝。從此以後，班超在西域的名望越來越大。在平定西域各國的過程中，班超還給漢章帝上書，提出了「以夷制夷」的策略，得到了漢章帝的認同。
班超一直在西域待了三十一年，平定了一次次西域戰亂，粉碎了匈奴的陰謀，保證了漢王朝的興盛和安定，同時也促進了西域和中原的來往，讓漢朝和西域各國的經濟文化得到發展，也為世界人民的友好往來做出了重大貢獻。