经营西域
汉之初，西边疆域与秦同，都以临洮（今甘肃岷县）为界。一开始，汉武帝的开疆拓土计划好像并没有算上河西走廊和西域。后来武帝要灭匈奴，计划从东、中、西三个方向分别进攻，先稳定中路，再进攻朝鲜和中国东北，以“断匈奴左臂”，并且进攻西域，以“断匈奴右臂”。这才将西域规划作为匈奴规划的附属提上议事日程。
西域是指今玉门关、阳关以西经过新疆、越过葱岭（即今帕米尔高原，是喀喇昆仑山、天山和兴都库什山交汇的地方），直至中亚。当时，史书说在葱岭内外分布着有“大小三十六国”，其实经过无数次的分裂和合并，前后大概出现了五十多个国家。其中主要的国家有葱岭以内的楼兰（今新疆罗布泊西北）、莎车（今新疆莎车县）、于阗（今新疆和田、于田附近）、疏勒（今新疆疏勒县附近）、姑师（今吐鲁番）、龟兹（今新疆库车县）等国；葱岭以外的有月氏（先居河西走廊，后迁至伊犁河流域，再迁至阿姆河上游）、大宛(锡尔河上中游)、乌孙（先居河西走廊西段，后迁至今吉尔吉斯斯坦伊赛克湖附近）、康居（今巴尔喀什湖和咸海之间）等国。
河西走廊是连接中原与西域的交通要道。从临洮往西北就是河西走廊。河西走廊是一段西北—东南走向的狭长地带，在今甘肃祁连山以北，合黎山和龙首山以南，乌鞘岭以西，东西长约，南北宽度在几十到左右，内部平坦，由玉门—安西—敦煌平原、张掖—高台—酒泉平原和武威—民勤平原等几个小平原组成，有祁连山冰雪融水灌溉，所以土地肥沃，现在是甘肃农业比较发达的地区。不过在当时还没被汉族开发，牧草生长茂盛，是月支、乌孙、匈奴等少数民族占据用来放牧的。因在黄河以西，所以被称为“河西走廊”，其地位至今仍然非常重要，第二亚欧大陆桥东段的陇海—兰新线就经过此处。
河西走廊西端为敦煌，从敦煌开始就可以分两路：一路往西北方向是玉门关，过关后经白龙堆（罗布泊以东）、姑师，沿北山（今天山）南麓西行至疏勒，再越葱岭，是为北道；另一路是从敦煌往西南，出阳关，经楼兰、沿南山（今昆仑山、阿尔金山）北麓西行至莎车，再越葱岭，是为南道。从今天来看，北道绕塔克拉玛干大沙漠北部边缘，南道绕塔克拉玛干大沙漠南部边缘，总之，都要绕过那片号称“死亡之海”、“不毛之地”的大沙漠。
建元三年（前138年），武帝派张骞出使西域。当时武帝正在准备反击匈奴，从投降汉朝的匈奴人那里得到一个消息：被匈奴打败的大月氏想报仇雪恨，只恨无人援助。他便想到可联合大月氏东西夹击匈奴。于是派张骞出使大月氏。
月氏，在中国先秦时代的古籍中，或译作禺知、禺氏、牛氏等，后来也有译作月支的。月音“越”（前述“月”为“肉”的古体是笔者失误，此字读音早已被改正过来），氏古音读作“支”。公元前5～前2世纪初，月氏人游牧于河西走廊西部张掖至敦煌一带，势力强大，为匈奴劲敌，还强迫当时的头曼单于把他大儿子（就是后来的冒顿单于）送到月氏作为质子。从公元前202年左右开始，匈奴冒顿单于不断攻击月氏，并在前177年左右彻底击败月氏。月氏被迫举族西迁至伊犁河流域。有一小部分留在河西走廊，与祁连山的羌族杂居，称“小月氏”。西迁的称为“大月氏”。也有人说月氏西迁是一个连续的过程，约从前200年左右月氏处于与匈奴交战劣势的时候开始的。不过他们在西迁途中顺道灭亡了一个更弱小的国家，他们的邻居——乌孙。约在前139～129年间乌孙国复仇，与匈奴冒顿单于之子—老上单于联兵再次击败大月氏，大月氏被迫再次往西南方向迁徙，打败了阿姆河流域的大夏人，在此立国。
张骞是汉中郡成固（今陕西省城固县）人，当时只有26岁，他是一个很有冒险精神和坚强的人。
当时河西走廊在匈奴手里，张骞带领的一百多人组成的使团通过此地时，幸运女神并没有眷顾他们。他们被匈奴抓住，软禁起来。张骞屡次计划逃走，但是都失败了。他不得不在匈奴娶妻生子，好像要在匈奴扎根一样。但这些都是迷惑敌人的，他无时无刻不在记挂着自己的使命，终于有一天逮着机会了，和自己的仆人堂邑父成功逃脱。虽然那已经是十年后了。
他们经过沙漠边缘，翻过葱岭，到了大宛。大宛国王很艳羡汉朝的富饶，想和汉朝建立良好的关系，所以对张骞非常热情，派专人给张骞当向导，把张骞送到康居，再经过康居到达大月氏。终于在前128年到了大月氏。
这时的大月氏却安于肥沃的土地，已经打消了复仇的念头，拒绝了汉朝的建议。张骞并不善罢甘休，在大月氏耐心地劝说了一年，还是不成功，只好踏上回国的路途。不料在途中又被匈奴抓住。一年以后（元朔三年，前126年），匈奴军臣单于死，其弟左谷蠡王伊稚斜自立为单于，向杀死军臣单于的太子于单。于单被迫降汉。张骞在这场变乱中趁机逃回长安，向武帝报告了沿途的见闻和各国概况。大概意思是说，虽然我没完成任务，但是我还是宣扬了皇上你的威名，那些小君主听了都仰慕你得很。武帝听了很高兴，不但没有惩罚他，还封他为太中大夫。
这是张骞第一次出使西域，历时十三年的艰苦磨难，一百多人的使团仅二人生还。
元狩四年（前119年），张骞奉召第二次出使西域，目的是联络乌孙，进一步打击匈奴。
乌孙原与月氏是邻居，都住在河西走廊西部。前177年左右，被匈奴击败的月氏人在西逃途中击败并掠夺了乌孙。乌孙王被杀，部族四散迁移，一小部分东迁至甘肃东部，大部分逃到匈奴。当时乌孙王子昆莫猎骄靡刚满月，被冒顿收养，在后来的老上单于的帮助下，他起兵击败西迁至伊犁河流域的月氏人，也杀死其国王，并在伊犁河流域复国，领土扩展至南面的伊赛克湖沿岸。
此次张骞所带的使团规模庞大，成员二百，马四百，还有 牛羊万头和大量的黄金币帛。
在两年前霍去病已经痛击匈奴右部，占领河西走廊，所以这一次张骞一行顺利到达乌孙，请乌孙东返故地河西走廊，共击匈奴。乌孙昆莫猎骄靡感念匈奴单于救护自己的恩德，却又不愿长此蜷伏于匈奴肘腋之下，因此当张骞奉汉武帝命前来向他建议返回敦煌祁连间故地﹐以便与汉朝共同对付匈奴的时候，他坚决谢绝。可是在他了解到汉朝国富兵强以后，又愿与汉朝保持良好关系，得藉汉朝以自重。当然，他们拒绝的原因还有匈奴还是很强大，他们仍然害怕匈奴，况且汉朝太远，若被匈奴攻击，汉朝也不能及时援助自己。
张骞无奈，只好分遣副使分别到大宛、康居、大月氏、安息、身毒于阗等国开展外交活动，自己在乌孙坐等消息。
四年后，元鼎二年（前115年）夏，乌孙派使者随张骞回到长安。不久，张骞所遣的副使也带回了各国使节陆续回到长安。汉朝和西域各国首次建立外交关系。此后，汉朝与西域各国频繁互遣使者，关系日益密切。双方商旅东来西往，熙熙攘攘，好不热闹。西域各国的葡萄、石榴、核桃、苜蓿、乐器、歌舞等开始传入中原。中原人民对这些东西感到稀奇，所以这些东西非常有市场。而中原的丝绸、漆器、铁器也被商人运到西域各国，当地人也没见过这些稀奇玩意儿，所以中原物件在西域也大受欢迎。这些东西又通过中亚、西亚传到欧洲。
这条从长安出发，一直向西经过河西走廊，通过今天的南疆，越过葱岭，到达中亚、西亚和欧洲的道路，是当时直至中世纪时候的沟通中西经济文化交流的要道，由于贸易商品中以丝绸最为知名，所以被称为“丝绸之路”。
而当时匈奴还控制着楼兰和姑师，这两小国经常出兵劫掠国王使者和商旅。元封二年（前108年）冬十二月，武帝派赵破奴、王恢率兵破姑师，俘楼兰王，完全控制了“丝绸之路”。
匈奴听说乌孙小兄弟在向汉朝靠拢，不太听话，威胁要攻击乌孙。乌孙于是下决心与汉朝建立更密切的外交关系，请求娶汉朝公主和亲。武帝便把江都王的女儿细君公主嫁给乌孙王。匈奴得到消息后，为了抵制汉朝在乌孙的影响，主动要求乌孙王娶匈奴女。乌孙王谁都不敢得罪，君为右夫人，匈奴女为夫人。几年后，乌孙老王死，其孙岑陬继位，依照国俗，要娶细君公主为妻。公主不肯，上书长安。武帝为了稳住乌孙，说为了国家，你就依他们的风俗办事吧。公主只好答应。细君死后，武帝又把楚王戊的孙女解忧公主续嫁给岑陬。这样，乌孙与汉朝长期保持友好关系，为后来二国攻击匈奴奠定了良好的感情基础。这也影响到西域其他小国，都与汉朝很友善。
但是毕竟匈奴控制西域年深日久，影响力还是存在的，甚至在某些国家中还超过了汉朝的影响。比如大宛。有一次，武帝派使者去大宛用重金交换倾慕已久的汗血宝马。大宛国王不但拒绝交换，还让附属国郁成国刺杀汉使。武帝大怒，派贰师将军李广利两次西征大宛。付出重大伤亡后，终于攻下大宛都城贰师城，杀死其国王毋寡，控制了大宛。
征和三年（前90年），武帝又派成娩率西域楼兰等六国兵共围车师，尽俘其王和民众而还。
至此，汉朝完全取代了匈奴在西域的影响，控制了西域，为后来宣帝在神爵二年（前60年）设置西域都护府，西域成为汉朝政区一部分打下基础。
