建寧元年(168)，率軍回朝。這時竇太后臨朝掌政，大將軍竇武與太傅陳蕃謀劃誅殺宦官，事情洩露出去了，中常侍曹節等人從中作亂，因張奐新被徵召，不知道這次謀劃，曹節等假託朝命使張奐與少府周靖率五營兵包圍了竇武，竇武自殺，陳蕃也因被害。張奐升任少府，又任大司農，因有功封侯。張奐痛心被曹節所賣，上書堅決辭讓，封還印綬，終不肯接受。
第二年夏天，御坐軒前發現青蛇，又大風雨雹，雷霆拔樹，詔令百官說災異感應。張奐上疏說：「我聽說風是號令，動物通氣，木生於火，風火相互作用，發生光明。蛇能屈能伸，配合龍的騰蟄。順至是好的徵象，逆來是禍害。陰氣專用，就凝精為雹。已故大將軍竇武、太傅陳蕃，或者志在安寧國家，或者方正剛直，前因奸人說壞話，都被誅殺，海內默默，不敢說話，人懷震憤。從前周公葬不合禮，老天爺因此動威。現在竇武、陳蕃忠貞被殺，沒有昭雪，妖禍的產生，都是為了這個呀。應當趕快改葬，把他們家屬遷回原籍。因他們關係牽連獲罪而被禁錮的人，都要平反，推翻一切誣衊不實之詞。又皇太后雖然居在南宮，但對她恩禮不接，朝廷裡的臣子不敢說話，遠近的人大為失望。要思念父母生我鞠我的恩情，應該有所報答的大義。」天子完全採納張奐的話，因此問各黃門常侍，他們都反對不同意。天子不敢自己作主。調張奐為太常，與尚書劉猛、刁韙、衛良同薦王暢、李膺可以參加三公的選拔，但曹節等人痛恨他們的薦舉，下詔嚴責他們。張奐等人都自己去廷尉作囚犯，好幾天才得出來，並且用三個月的俸資贖罪。司隸校尉王寓，宦官出身，想借寵宦官，以求薦舉，百官畏怕他，沒有不答應的，只有張奐一個人反對。王寓發怒，以黨罪陷害他，禁止他做官，送歸田裡。張奐以前任度遼將軍時，與段赹爭著進擊羌人，不和睦。段赹任司隸校尉時，想把張奐趕回敦煌，陷害他。張奐憂愁恐懼，上書段赹說：「小人愚昧無知，得罪州將，千里託命，以情相見，您仁愛篤實，看我辛苦，我打發去您那兒的人還沒有回來，又接了您的信，恩詔很清楚，前已寫明。只是州里限期切促，郡縣惶恐。我延頸企足，憂心惶惶地等待著去人的報命。我父母的骨雖已腐朽，而孤魂相托，如果蒙您憐憫我，為我說說話，那您的恩澤流於黃泉，及於後者，這不是我張奐生死所能報答的。沒有毛髮的微勞，卻想求人丘山之用，這是淳于髡所以拍著大腿仰天大笑的啊。
確實曉得所說的話，一定要為您所譏笑，但是，還是寄以希望，為什麼呢？朽骨對人本來已沒有什麼用處了，文王卻把他用棺埋葬；死馬已再沒有什麼用了，但燕昭王以為是寶。黨同文王、燕昭王的德，難道不偉大嗎？大凡人之常情，受了冤枉就喊天，在困窮之際，就槌心。現在喊天天不應，槌心也無益，真正傷痛到了極點。我同您都生在聖世，我獨為人所不理的人。孤獨微賤，無人可與告訴。您如果不哀憐我，我便為魚肉。企心東望，沒有別的話可說了。」段熲雖然為人剛猛，看了他的信，可憐他，終於不忍害他。當時禁錮的多不老實，有的被處死，有的被遷徙。張奐閉門不出，教養徒弟千人，著《尚書記難》三十多萬字。張奐年輕時立志，有節概。曾經與朋友們說：「大丈夫處世，應當為國家立功邊境。」後來為將帥，真有功名。董卓羨慕他，派他的哥哥送縑百匹給張奐。張奐認為董卓可惡，拒絕不受。
光和四年(181)逝世，年七十八。遺囑說：「我前後為官，十要銀艾，不能同流合汙，被壞人忌妒。一個人的富貴與窮困，這是命中註定的，一個人的生死，這是自然規律所決定的。但是地底下黑暗，永遠沒有天亮的時候，卻用纊帛纏身，還在棺材上密密麻麻釘著釘子，這是我所不喜歡的。以前準備了窟穴，這就很好。早上死了，晚上就埋葬，把屍體放在靈床上，用幅巾蓋著就算了。奢不學晉文，儉不學王孫，緣情從意，庶幾沒有罪咎。」幾個兒子依照他的遺囑做了。武威多為立祠，世世祭祀不絕。所著銘、頌、書、教、誡述、志、對策、章表二十四篇。長子張芝，字伯英，最有名，張芝及弟弟張昶，字文舒，都善草書，流傳至今為人稱讚。起初，張奐任武威太守，他的妻子懷了孕，夢見帶著張奐的印綬登樓唱歌，問占夢的人，說：「一定生個男孩，也守此邦，命終此樓。」後來生了張猛，在建安中任武威太守，殺刺史邯鄲商，州兵包圍了他，形勢危急，張猛以被捉可恥，登樓自己燒死，終於如占夢人所說。
史官評論：自從宦官鄭眾封巢鄉侯以後，宦官世世弄權，為禍害數十年，四海之內，沒有不切齒痛恨、希望消滅其族類的。陳蕃、竇武奮起謀劃，號召天下，這是名士有識者都知道的，張奐卻被宦官欺騙，操戈殺戮忠烈之士，雖然他懷恨終生，辭賞謝罪，《詩》雲：「淚流滿面啊！哀嘆來不及了呢！」
◆段熲傳，段熲字紀明，武威郡姑臧縣人，他的祖先出自鄭共叔段熲。是西域都護會宗的從曾孫。
段熲年輕時便學習馳馬射箭，喜遊俠，輕財賄，長大以後，改變了年輕時的志向，愛好古學。
開始被推舉為孝廉，任憲陵園丞、陽陵令，在任表現了很好的才能。當他升遼東屬國都尉時，鮮卑侵犯邊塞，段熲就率所部趕往邊塞。因為怕賊會因驚恐逃走，於是派驛騎假送璽書詔令段熲退兵，段熲在道上偽裝撤退，並在退路上暗設伏兵。鮮卑認為段熲真的撤退，追趕段熲。段熲於是大發兵，侵犯的鮮卑，全被斬獲。段熲卻因假稱璽書，應伏重刑，因有功，以司寇論，罰到邊境防敵。刑期滿，徵為議郎。這時太山、琅笽賊東郭竇、公孫舉等聚眾三萬人，破壞郡縣，朝廷派兵剿討，幾年不能平息。
永壽二年(156)，桓帝詔令公卿選舉有文武全才者為將，司徒尹頌薦舉段熲，於是授段熲為中郎將。討伐東郭竇、公孫舉等，獲得大勝，斬了東郭竇、公孫舉，獲首萬餘級，餘黨有的逃散了，有的投降了。封段熲為列侯，賞賜錢五十萬，任命他一個兒子為郎中。
延熹二年(159)，升為護羌校尉。值燒當、燒何、當煎、勒姐等八種羌侵犯隴西、金城邊關，段熲率兵及湟中起義羌一萬二千騎兵出湟谷，擊敗他們。追擊渡黃河南逃的餘部，使軍吏田晏、夏育招募勇士先登，用繩索吊引，再戰於羅亭，大勝，殺了他們的首領以下二千人，獲俘虜一萬多人，餘虜都逃走了。
二年春天，剩下的羌虜又與燒何大帥侵犯張掖，攻陷鉅鹿塢，殺害屬國的官吏百姓。又召集他們的同種一千多部落，集中兵力向段熲的部隊在拂曉發起攻擊。段熲下馬與他們大戰，戰鬥到中午，刀折矢盡，虜兵也撤退。段熲追擊，一邊戰一邊走，白天黑夜戰鬥，割肉吞雪。四十多天，到了黃河的源頭積石山，出塞外二千餘里，斬燒何大帥，斬殺俘獲五千多人。又分兵攻擊石城羌，殺死溺死的一千六百人。燒當種九十多人投降段熲。又雜種羌駐紮白石，段熲派兵進擊，斬首俘虜三千多人。冬天，勒姐、零吾種包圍允街，殺害擄掠官吏人民，段熲排營救援，斬獲幾百人。
四年(161)冬，上郡沈氐、隴西牢姐、烏吾諸種羌聯合侵犯並、涼二州，段熲率領湟中起義羌征討。涼州刺史郭閎貪與段熲共享戰功，拖延阻止段熲軍使不得前進。起義羌從戰太久，思念家鄉故舊，全部反叛。郭閎把罪責推到段熲身上，段熲因此被捕入獄，罰作苦工。羌虜更加猖獗，攻陷營塢，又互相勾結，擾亂各郡。於是官吏人民守在朝廷為段熲申訴的數以千計。朝廷知道段熲被郭閎誣陷，皇帝下詔問段熲的情狀。段熲只是請罪，不敢說受了冤枉，京師稱段熲為長者。從罪人中調出來，再任為議郎，升幷州刺史。當時滇那等諸種羌五六千人侵犯武威、張掖、酒泉，焚燒人民的房屋。
六年(163)，敵寇的勢力更加強盛了，涼州幾乎淪陷。冬天，再任段熲為護羌校尉，乘驛馬趕到任所。第二年春天，羌封眀、良多、滇那等大帥三百五十五人率三千部落至段熲軍前投降。當煎、勒姐種還自集結屯駐。冬天，段熲將萬多人把他們擊敗，斬了他們的大帥，殺死俘虜四千多人。
八年(165)春天，段熲又進擊勒姐種，斬首四百餘級，投降的二千多人。夏天，進軍擊當煎種於湟中，段熲兵被打敗，被圍困三天，用隱士樊志張計策，悄悄地黑夜出兵，擊鼓還戰，大破賊軍，殺虜幾千人。段熲窮打猛追，輾轉山谷間，從春天到秋天，無日不戰，敵人因此又飢又困，各自逃散，北去侵略武威一帶。段熲擊敗西羌，共斬首二萬三千級，獲俘虜幾萬人，馬牛羊八百萬頭，一萬多部落投降。封段熲都鄉侯，食邑五百戶。
永康元年(167)，當煎諸種又反，集合四千多人，想進攻武威，段熲又追擊至鸞鳥，徹底擊敗他們，殺了他們的主帥，斬首三千餘級，西羌從此平定。東羌先零等自從大敗徵西將軍馬賢以後，朝廷不能征討，經常侵擾三輔。後來度遼將軍皇甫規、中郎將張奐連年招降，總是投降了，又反叛。桓帝下詔問段熲說「：先零東羌為惡反叛，而皇甫規、張奐各擁精兵，不能按時平定。想要你帶兵東討，不知怎樣才合適，可不可以提出些策略呢？」段熲上言說「：我看到先零東羌雖然多次叛變，但已經大約有二萬個部落向皇甫規投降。誰好誰惡，已經分清，剩下的寇虜不多了。現在張奐遲遲不前進，可能是怕敵寇外離內合，派兵前往，投降的就會驚恐。並且他們自冬到春，集結駐紮不散，人馬疲乏病弱，這是一種自亡的形勢，只要抓緊招降，可以不發一兵而制服強大的敵人呢。我認為狼子野心，不容易用恩德結納，他們走投無路時，雖然降服，但一收兵，他們又會騷動起來。只有用長矛挾脅白刃加在他們的頸上才害怕啊！崩計東種所剩三萬多部落，靠近塞內，道路平坦，沒有燕、齊、秦、趙縱橫的形勢，但他們長時間騷擾幷州、涼州，累次侵犯三輔，西河、上郡，已經各自遷入塞內，安定、北地又單薄危險，從雲中、五原，西至漢陽二千多里，匈奴、種羌，全部佔領。這好比毒瘤暗疾，留在脅下，如果不加誅滅，很快就會長大。現在如果用騎兵五千，步兵一萬，車三千輛，二三年，完全可擊破他們，平定他們，也不用擔心用費為錢五十四億。這樣，就可以使群羌破盡，匈奴長服。遷入塞內郡縣的，可以返回本土。我想永初年間，諸羌反叛，十有四年，用費二百四十億；永和末，又經七年，用八十多億。花了這麼多金錢與時間，還沒有殺盡，餘孽再起，至今為害，現在如果不暫時疲勞民眾一點，那麼就永遠無安寧之日了。我願意竭盡駑鈍之才，敬候節命排程。」皇帝嘉許他，完全聽了他的上言。
建寧元年(168)春，段熲帶兵一萬多人，攜帶十五天的糧草，從彭陽直往高平，與先零諸種戰於逢義山。虜兵多，段熲的部隊害怕起來。段熲命令軍中拉緊弓弦，磨快刀槍，長矛三重，挾以強弩，左右兩翼，佈置輕騎，激勵兵將說「：現在我們離家幾千里，前進，事業就成功；逃走，死路一條，大家努力共取寶名吧！」於是大呼喊叫，軍隊應聲跳躍上陣，段熲馳馬在旁，突然襲擊，虜軍大崩潰，斬首八千餘級，獲牛馬羊二十八萬頭。這時竇太后臨朝當政，下詔說：「先零東羌歷年為害，段熲以前陳述情況，認為必須掃滅。段熲履霜冒雪，白天晚上快速行軍。身當矢石，使戰士感奮。不到十天，敵寇逃跑潰散，屍體相連，活捉不少，擄獲無法統計。洗雪了百年來的敗恨，安慰了忠將的亡魂，功勞顯著，我極為嘉賞他。等到東羌完全平定，應當一起記他的功勳。現在暫時賜段熲錢二十萬，用他家一人為郎中。」同時下令中藏府調撥金錢彩物，增助軍費。任命段熲為破羌將軍。夏天，段熲再追擊羌出橋門，到走馬水上。不久，聽到訊息，虜在奢延澤，於是率輕快部隊快速前進，一日一夜走二百多里，早晨追到賊，擊敗了他們，剩下來的寇虜，逃到落川，又集合起來。段熲於是分別派騎司馬田晏率五千人出其東面，假司馬夏育帶二千人繞其西面，羌分六七千人圍攻田晏等，田晏等與虜寇戰鬥，虜寇潰散逃走。
段熲急進，與田晏等一起追擊於令鮮水上。段熲士卒又飢又渴，於是命令部隊齊頭並進，奪其水，虜又潰散逃走了。段熲尾追其後，虜邊戰邊退，一直追到靈武谷。段熲披甲率先上陣，戰士沒有敢於不前的。羌虜大敗，丟棄武器逃走。追擊三天三夜，戰士的腳走得起了層層厚繭。追到涇陽，餘寇四千部落，全部分散進入漢陽山谷之間。這時張奐上言：「東羌雖破，餘種還不易消滅，段熲性情輕浮而果敢，擔心他吃敗仗，難保常勝。應當用恩招降，才沒有後悔。」詔書下達段熲。段熲又上言說「：我本來知道東羌雖然兵多，但軟弱容易制服，所以近陳愚見，想為永久安寧計。而中郎將張奐說虜強不易擊敗，應當招降。皇上聖明，相信並採納了我的無見之言，使我的謀劃得以實現，張奐的計策不用。事實表明，與張奐所說的相反，張奐於是心懷猜恨。信了叛羌的話，而又修改了他們原來的詞意，說我的兵多次傷敗，又說羌也是秉天之一氣所生，是殺不盡的，山谷廣大，不可空靜，血流遍野，傷和氣，招災禍。我想周秦之際，戎狄為害；光武中興以來，羌寇很強盛，殺也殺不盡，已經投降，又反叛。現在先零雜種，反覆無常，攻陷縣邑，剽劫人物，掘冢拋屍，不管生的死的，都受他們的禍害，老天震怒，借我的手以討伐。
從前邢國無道，衛國討伐它，出兵而天降霖雨，解緩了旱災；我進軍經炎熱的夏天，接連不斷獲得好雨，年歲豐收，人民沒有疾疫。上佔天心，不降災傷；下察人事，很得人心，所以能夠打勝仗。自橋門以西、落川以東，原來的官府縣邑，連續不斷，不是深險絕域的地方，兵車騎兵行走安全，沒有傷敗。張奐為漢朝官吏，身為軍官，駐軍兩年，不能平定寇亂，只想修文，不想用武，招降兇猛的敵人，荒誕無稽的空話，大而無當。為什麼這麼說呢？從前先零寇邊，趙充國把他們遷到內地；煎當擾邊境，馬援把他們徙到三輔，開始歸服，最後還是叛變了，至今為害。所以有遠大眼光的人，認為這是最可憂患的。現在邊郡戶口稀少，屢次被羌侵害，想要投降的寇虜與平民雜居，正如種植多刺的枳木和棘木於良田中，養毒蛇於室內一樣，多麼危險啊！所以我遵奉大漢的聲威，建立長久的策略，要斬斷根本，不能讓其再度繁殖生長，原來計劃三年的費用五十四億，現在還剛剛一年，花耗不到一半，餘寇已成殘焰，不久即可消滅。我每奉詔書，軍隊在外，不可由內指揮，希望完全如這句話說，任我專責，臨機應變，不失權宜。」
二年(168)，詔派謁者馮禪勸說漢陽散羌投降。段熲認為正是春播時間，百姓都在田野勞動，羌雖然暫時投降，公家沒有糧食，羌虜一定再要為盜賊，不如乘虛進兵，勢必消滅。夏天，段熲自己進營，離羌駐紮的凡亭山四五十里，派田晏、夏育率領五千人據守山上。羌虜全軍發起攻擊，厲聲問說：「田晏、夏育在這裡不？湟中投降的羌都在何面？今天要決一生死。」軍中害怕，田晏等激勵士兵，拚命大戰，打敗了羌虜。羌軍潰散，向東逃跑，又聚集在射虎谷，分兵把守各谷上下門。
段熲計劃一舉消滅，不使他們再逃散了，於是派千人在西縣結木為柵，廣二十步，長四十里，阻攔他們。分派田晏、夏育率七千人，悄悄地黑夜上西山，構築陣地，離羌虜一里許。又派司馬張愷等率三千人上東山。羌虜於是發覺了，向田晏等進攻，分別遮堵汲水道。段熲自己率步兵、騎兵進擊水上。羌虜退走，因與張愷等挾東西山，揮兵進擊，羌虜大敗潰散。段熲追至谷上下門窮山深谷之中，處處擊破。斬其主帥以下一萬九千級，獲牛馬騾驢氈裘廬帳什物，不可勝數。馮禪所招降的四千人，分別安置在安定、漢陽、隴西三郡，至此東羌全部平定。共一百八十戰，斬敵首三萬八千六百餘級，獲牛馬羊騾驢駱駝四十二萬七千五百餘頭，用費四十四億，軍士死四百餘人。段熲改封新豐縣侯，邑萬戶。
段熲行軍仁愛，士卒有疾病，親自慰問、裹傷。在邊境十多年，沒有睡過一晚好覺。與將士同甘共苦，所以軍士都願為他死戰。
三年(169)春，召還京師，帶秦、胡步兵騎兵五萬多人，和汗血千里馬，俘虜萬餘人。皇帝派大鴻臚持節慰勞於鎬。部隊到達，授段熲為侍中。調執金吾河南尹。有盜挖掘馮貴人冢，獲罪降為諫議大夫，再升司隸校尉。段熲依附宦官，所以能夠保其富貴，與中常侍王甫結為黨羽，冤殺了中常侍鄭颯、董騰等人，增封四千戶，加上以前的共一萬四千戶。第二年，代李鹹為太尉，這年冬因病罷免，再命為司隸校尉。過了幾年，調潁川太守，徵授太中大夫。
光和二年(179)，又代橋玄為太尉。在位月餘，因日食上奏彈劾自己，官吏上奏檢舉，詔命收了他的印綬，送廷尉受審。這時司隸校尉陽球上奏誅殺王甫，牽連到段熲，就在獄中詰問責斥他，段熲於是服鴆自殺，家屬徙遷往邊境。後來中常侍呂強上疏，追訴段熲的功績，靈帝下詔段熲的妻子兒女歸還本郡。以前，段熲與皇甫威明、張然明，都聲名顯達，京師稱為「涼州三明」。