顺帝永建六年（131年），汉朝又在伊吾开设屯田，置伊吾司马一人进行管理。自顺帝阳嘉年间以后，汉朝对西域地区的控制有所减弱，汉朝的西北疆界逐渐退到了今天山山脉西段以南。

和帝永元二年（90年），大将军窦宪遣将讨伐北匈奴，再次夺取了伊吾卢地。匈奴主力向西远徙，西域的形势发生了有利于汉廷的变化。永元三年，龟兹、姑墨（今新疆温宿西）、温宿（今新疆乌什）等国请降，和帝于是重建西域都护府，任命班超为西域都护，驻龟兹它乾城（今新疆和县西南大望库木旧城）；徐干为长史，屯疏勒。并复置戊己校尉，领兵五百人居车师前部高昌壁（今新疆吐鲁蕃东南高昌故城遗址）；又设戊部侯，居车师后部候城。永元六年秋天，班超征发龟兹、鄯善等国兵，大破焉耆、尉犁，杀死这两国的国王。从此，西域五十多个国家全部归服汉朝。班超因在平定西域过程中功绩卓著，被封为定远侯，他继续担任西域都护之职直到永元十四年。

总之，西域都护府是西汉王朝疆域的一个组成部分。西汉末年，王莽执政以后，匈奴重新控制了西域，内地与西域的来往断绝，于是西域都护府便被废除掉了。

西域都护府管辖的范围包括从玉门关、阳关九*九*藏*书*网以西的天山南北，一直到今天的巴尔喀什湖，费尔干纳盆地和帕米尔高原以内的广大地区。西域都护府是汉朝一个军管型的特殊地方行政区。西域都护的级别与汉郡的太守相近，都护府的地位与汉郡大体相当，但在西域都护府内下不设县，而是采取军事监护的方法管理五十个左右的小国。西域都护代表汉朝掌管着这些小国的对外交往与军事行动，调解各国内外的纠纷，维护西域的安定，防止匈奴的侵扰。如匈奴郅支单于逃到康居国后，多次兴兵侵扰乌孙，甚至深入到赤谷城，对乌孙人民进行烧杀掠夺，乌孙人民由于敌不过匈奴的兵力，只能对此听之任之，不敢再在赤谷城附近居住与放牧。不仅如此，郅支单于还向大宛等西域其他国家敲诈勒索财物。针对这种情形，当时担任西域都护的甘延寿、副校尉陈汤等人认为，如果不尽快采取措施，改变这种情况，用不了几年，西域城郭诸国就都要岌岌可危了。于是他们假托汉朝中央政府的命令，将西域诸国的军队召集起来，再带上汉朝戊己校尉的屯田部队，合力前去讨伐匈奴郅支单于，双方经过激战，汉朝一方将郅支单于杀死，大败匈奴军队，最终稳定了西域的局势。

东汉王朝建立九九藏书后，西域诸国不堪忍受匈奴的敛税重苛，纷纷要求内属，寻求汉朝的保护，在西域重新建立都护府。但是光武帝认为天下刚刚统一，百废待兴，无暇顾及外事，因此拒绝了这些西域小国的请求。由此可见，西域在当时的汉朝中央政府统治者眼里并不十分重要，其时的首要任务还是集中精力来巩固加强刚刚建立的中央政权。

永平十七年，汉朝重新建立了西域都护府、戊己校尉，以陈睦为都护，耿恭、关宠为戊己校尉。耿恭屯车师后王部金蒲城，关宠屯车师前王柳中城（今新疆鄯善西），屯各置数百人。此后，东汉与匈奴之间展开了争夺西域地区宗主权的行动。

汉时的西域，泛指河西走廊西端玉门关、阳关以西的地方，也就是今甘肃敦煌以西，葱岭以东、天山南北的广大地区。当时在这个区域内存在着几十个语言不同、各自独立的小国。天山山脉将西域的这些小国分成南北二部，位于天山以南的国大多以城郭为中心，因此被称为城郭诸国；而在天山以北的国，情形刚好相反，以游牧为

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主，大多数没有城郭。

明帝时，汉朝已具备了与匈奴作战的实力，于是发动了进击匈奴的战争。永平十六年（73年），明帝派遣太仆祭肜出高阙（今内蒙古杭锦后旗东北），奉车都尉窦固出酒泉（今甘肃酒泉），驸马都尉耿秉出居延（今内蒙古额济纳旗东南），骑都尉来苗出平城（今山西大同东北），分兵四路，北征匈奴。窦固在天山大破匈奴呼衍王，夺取了伊吾卢城（今新疆哈密西），设置了宜禾都尉用来屯田，同时派遣班超出使西域。班超只带了三十六个人，凭借着汉朝在西域所留下的影响与他自己的胆识，先后使疏勒（今新疆喀什一带）、鄯善（今新疆若羌一带）、于阗（今新疆和田一带）等国归附，打通了汉朝通往西域的道路。

元狩四年（公元前119年），他再次派张骞率领一个三百多人的使团，带着大量财物，９９ｌiｂ.ｎeｔ并派多名副使随行，以便沿途有必要时，张骞可分头派他们联络周围各国。西汉王朝经营西域的进程从此开始了。这次张骞出使到了乌孙（今伊犁河流域和伊塞克湖一带），四年之后，乌孙也派使者随张骞回访长安。张骞派出的副使则分别到了大宛（今费尔干纳盆地一带）、康居（今哈萨克斯坦）、大月氏、大夏（今阿富汗北部）、安息（今伊朗）、身毒（今印度）、于阗、扜弥等国（今新疆和田一带），这些国家也都派使者随汉使来到长安。汉朝与西域各国之间的交往从此发展起来。

殇帝延平元年（106年），西域诸国叛汉。第二年，西域诸国便频频围攻西域都护任尚等人，于是汉朝被迫撤销西域都护府，西域诸国重又在北匈奴的控制之下。安帝延光二年（123年），安帝采纳尚书陈忠的建议，让班超的儿子班勇担任西域长史，率兵五百人，屯住柳中。从此以后，东汉不再设立西域都护，而设长史行都护之职，一直到灵帝时，连任不断。班勇在几年之内，打退了匈奴在西域的残存势力，使汉朝重新恢复了对西域的统治。从建武年间至延光年间，汉朝与西域之间一共是三绝三通。

在汉武帝以前，西域诸国被匈奴征服，它们与汉朝之间没有任何往来。建元三年（公元前藏书网138年），武帝派张骞出使西域，谋求与西域的月氏国（今阿富汗北部）结盟，以便联合对付匈奴。结果张骞率领的使团，历时十三年，经历千难万苦，最终才得以返回都城长安，虽然没有能够达到结盟月氏的目的，但是使汉人知道了不少西域各国的具体情况，汉武帝的眼界为之大开。

神爵二年（公元前60年），匈奴管辖西域的日逐王先贤禅投降了汉朝，西域天山南北两路完全纳入了汉朝的管辖范围之内。汉宣帝便在这一年，任命曾几次到过西域、对西域的地理人物都非常熟悉的郑吉为“都护西域、骑都尉”，统领西域各国。郑吉为了便于管辖，便在西域适中的地方乌垒城（今新疆轮台西）设立“幕府”，这就是著名的西域都护府，标志着中原王朝对西域直接控制的开始。

元帝初元元年（公元前48年），汉朝又在西域的车师（今新疆吐鲁番东南）设立了戊己校尉，由西域都护统辖，负责屯田与防务。

但是匈奴依然掌握着对西域一些国家的控制权，特别是位于天山以北的各国，还受到匈奴的威胁。于是武帝又几次出兵西域，尤其是汉将李广利两次率兵进攻大宛，威震西域各国，于是西域各国纷纷表示愿意归降汉朝。