调张奂担任使匈奴中郎将，进驻南单于庭美稷，代表中央政府负责匈奴事务。

同年，南匈奴诸部在休屠各的率领下起兵反汉，与乌桓、鲜卑攻掠沿边九郡，火烧度辽将军驻曼柏的军门，引屯赤坑，与张奂率领的汉军，烟火相望，汉军感到惊恐。

这时张奂安坐帐中，若无其事地与弟子讲诵儒家经典，使治军稍安。

他采用了和平的手段，诱降了乌桓;对南匈奴诸部叛军，采用袭击战略，将其击败，诛杀了休屠各部首领，余众皆降。

又率南匈奴单于袭破了攻掠汉边的鲜卑，使东汉王朝的北部沿边地区暂时得到安宁。

桓帝在宦官单超等协助下，清除了梁冀集团。

梁冀的故吏、宾客被免黜者有三百余人。

张奂过去曾在大将军府中作过属吏，于是也以梁府故吏身份被免官禁锢。

在免官禁锢中，几乎所有旧交都不敢出来为他说一句话，只有中郎皇甫规先后七次向朝廷荐举他。

后来，张奂被任命为武威郡太守，在武威期间，他实行了平徭均赋，使人民的赋役负担有所减轻;同时他又革除民间陋习。

以前民间凡是二月和五月出生的孩子及与父母同月生者，全部处死。

张奂到任后，一面晓之以义，指出这纯是妖忌;另一方面又严加赏罚，于是风俗遂改。

由于张奂办了这些好事，百姓便为其立生祠，以示爱戴。

建宁元年正月，年仅十二岁的灵帝即位，窦太后临朝、窦武以后父为大将军辅政。

在宦官势力十分猖獗的情况下，窦武与太傅陈蕃密议，图谋驱除宦官势力，但窦太后不肯。

这年九月，因机密泄漏，宦官曹节等便矫诏发动政变，收捕窦武等。窦武号召北军军士平定叛乱。

这时张奂新到京师，不明真相，曹节便矫诏令张奂率五营士围窦武，迫使窦武自杀，陈蕃被诛，窦太后也被幽禁南宫。

公卿以下凡为陈蕃、窦武所举者及门生故吏，都免官禁锢。张奂却任少府，又拜大司农，以功封侯。张奂恨为曹节所欺骗，上书坚决辞让封侯。

建宁二年，张奂借出现大风雨雹灾情，上疏灵帝说:臣听说风是号令，动物通气，木生于火，风火相互作用，发生光明。

蛇能屈能伸，配合龙的腾蛰。顺至是好的征象，逆来是祸害。阴气专用，就凝精为雹。

已故大将军窦武、太傅陈蕃，或者志在安宁国家，或者方正刚直，之前因奸人说坏话，都被诛杀，海内默默，不敢说话，人怀震愤。

从前周公葬不合礼，老天爷因此动威。现在窦武、陈蕃忠贞被杀，没有昭雪，妖祸的产生，都是为了这个呀。

应当赶快改葬，把他们家属迁回原籍。因他们关系牵连获罪而被禁锢的人，都要平反，推翻一切诬蔑不实之词。

灵帝深为赞许此言，但被宦官劝止。张奂因而遭到宦官的怨恨，调张奂任太常。

这时，张奂又与尚书刘猛、刁韪、韦良等共向朝廷推荐王畅、李膺可参三公之选，又遭曹节等人的反对，灵帝只得下诏对张奂等进行切责。

张奂等只得自囚数日于廷荐举，并罚三个月俸赎罪。

司隶校尉王寓为宦官党羽，想让大臣们举荐他，百官畏惮，没有不答应的，惟独张奂拒绝了他的请求。

王寓怒，于是诬陷张奂结党营私。张奂便以结党罪免官回家。

张奂任度辽将军时，为攻击羌人曾与段颎相争，互不相服。

等段颎任司隶校尉时，想逐张奂回敦煌，将其杀害。

张奂忧惧，便写信给段颎谢错，段颎虽然性格刚猛，但见到信中所写情真意切，也不忍加害张奂。