公元前97年，大将李广利、韩说、公孙敖，分别从朔方（内蒙古杭锦旗北）、五原（内蒙古包头）、雁门（山西右玉），三路再向匈奴汗国进攻。匈奴早得到消息，向漠北撤退，三路大军都没有收获。
七年后（公元前90年），李广利再出五原，而皇帝刘彻却在首都长安，以诅咒的罪名把李广利的妻子逮捕下狱。李广利正在乘胜追击，听到消息，立即抛弃大军，只身向匈奴投降。
这是刘彻的残忍性格逼出来的国际笑柄，并且使反击匈奴的军事行动，再度受到挫折。
公元前一世纪初期，中国站在失利的一边，但并没有大战，李陵以五千步兵对抗匈奴八万骑兵，只是一场苦斗而已。匈奴汗国竭力避免与中国决战，希望积小胜为大胜，使中国疲惫。这种情形，维持四十年，直到公元前一世纪中叶。
西域（新疆）各国自从张骞之后，便处于汉帝国与匈奴汗国两大超级强权的夹缝之间，左右为难。
匈奴汗国在西域很早就建立势力，设有西域总督（撞仆都尉）。匈奴使节到西域，一切费用，都由所在王国供应。而中国使节的饮食却要用钱购买，这已够中国不舒服了，再加上各国在匈奴的压力下，往往截杀中国使节，遂使中国终于发动一连串惩罚性的战争。
西域的楼兰王国首都位于今新疆若羌；而东北重镇楼兰城，则位于罗布泊西数公里处，现在已全部陷于沙漠之中。
至迟在公元前一世纪，楼兰王国以及且末王国（新疆且末），婼羌王国（新疆若羌东南一百七十公里）、精绝王国（新疆民丰北一百一十公里），距沙漠都有一段距离，当时还是富庶的花花世界。可是二十世纪的现在，都成了断瓦残垣，寸草不生的沙碛废墟。
楼兰王国是西域最东的国家，跟中国最西的敦煌郡接壤。西域的南部被塔克拉玛干沙漠及白龙堆沙漠再分割为南北两部，楼兰城正是分道的港口，中国出使各国的使节，由楼兰城分赴沙漠南北。冲突的时间是公元前二世纪九十年代，比大宛王国汗血马战役还要早三年。
楼兰王国和车师王国（新疆吐鲁番），在匈奴汗国指使下，派出联合巡逻部队，截杀中国使节，以切断中国跟西域的交通线。中国的反应十分激烈。公元前18年，大将赵破奴率骑兵七百人，突袭楼兰，杀了楼兰王。
正因为击斩楼兰王太容易，汉帝国把大宛王国看走了眼，认为跟楼兰王国一样脆弱，才有三年后的汗血马战役。
公元前一世纪，中国在西域经营已有相当成绩。轮台（新疆轮台）一带的肥沃土地上，设立了屯垦区。这时候，楼兰王国新王安归跟匈奴汗国结亲，再度截杀中国使节。龟兹王国（新疆库车）进攻中国屯垦区轮台，杀了屯垦司令（校尉将军）赖丹。
公元前77年，中国使节傅介子进入西域，先到楼兰王国，把国王安归杀掉，改它的国名为鄯善王国。另立一位新王，由中国政府送一位宫女作新王的王后。
六年后（公元前71年），中国与乌孙王国（今吉尔吉斯伊什提克城）联合出兵，夹攻匈奴汗国，企图使匈奴汗国在两面作战的苦境中崩溃。
中国方面，则由田广明等五位大将，分别由西河（内蒙古准格尔旗西南）、云中（内蒙古托克托）、五原（内蒙古包头）、张掖（甘肃张掖）、酒泉（甘肃酒泉）五路出兵。乌孙王国方面，由中国使节常惠担任参谋长，向东进军。
匈奴汗国得到消息，立刻作大规模紧急撤退。以致中国声势浩大的五路大军，深入沙漠一千余公里，仍捕捉不到敌人主力。但乌孙兵团却大获全胜，俘虏匈奴亲王以下四万余人。匈奴汗国从此更加衰弱，张骞断匈奴右臂的西进政策，现在显出功效。他敏锐的眼光能远瞻到六十年之后，则不仅是伟大的探险家，而且是伟大的政治家。
这次战役之后，常惠紧接着调发各国军队五万余人，进攻龟兹王国，声讨其杀害轮台中国屯垦司令赖丹的罪行。但六年前当时的国王已经去世，现任国王谢罪说：“这不是我父亲的意思，而是我父亲大臣姑翼的意思。”常惠说：“那么交出姑翼。”龟兹王国交出姑翼，就在城下处斩。
于是中国声威，震慑西域。屯垦区恢复，并迅速推展，由轮台到渠犁王国（新疆库尔勒），又到伊循城（新疆若羌东）。屯垦戍卒跟当地女子结婚，西域各国开始有中国血统的国民。
注意常惠的用兵，他进攻龟兹王国，用的不是中国军队，而是西域各国联军，这是最成功的外交手段。即使十八世纪，欧洲英法等国殖民最盛时，遇到战乱，主要兵源仍要靠本国。
面积广袤的车师王国（新疆吉木萨尔）位于天山以北，是中国前往乌孙王国的要道之一。车师国王乌贵娶了匈奴汗国的公主，所以跟匈奴结盟，继续逐杀中国使节。公元前67年，中国在渠犁王国的屯垦司令郑吉率领屯垦兵团一千五百人，再调发各国军队，集结一万余人，攻击车师。乌贵不能抵抗，但投降又恐惧匈奴汗国报复。两难之下，他索性放弃王位，向西投奔乌孙王国。中国就把车师国民东迁到交河城（新疆吐鲁番），并在车师故地（新疆吉木萨尔）屯垦。
匈奴汗国对这个侵入到天山以北的屯垦区大为惊恐，不断派兵骚扰。三年后（公元前64年），中国认为在天山以北不能保持据点，把屯垦区撤销，退回天山以南，与渠犁王国的屯垦区合并。但交河城仍然存在，称车师前王国，故地（新疆吉木萨尔）则称车师后王国。
在西域中国公主占有重要地位。第一位公主刘细君于公元前290年，嫁给乌孙王岑娶。刘细君逝世后，中国再把另一位公主刘解忧嫁给继任的乌孙王翁归靡，生了三个儿子和两个女儿。一个女儿嫁给龟兹王绛宾，绛宾深以当中国的外孙女婿为荣。
公元前65年，夫妇曾一同到长安朝见中国皇帝。远在西域西陲的莎车王国（新疆莎车），国王死后，没有子女，为了倚仗中国国威，就迎立刘解忧最小的儿子万年当国王。想不到万年是一个不成才的流氓，使国人大大失望。故王的弟弟就把万年杀掉，自己继位。但中国外孙不是随便可以加害的，就在龟兹王夫妇入朝的当年，中国使节冯奉世调发各国军队，进攻莎车，莎车城陷，新王被杀。
中国公主还有一位冯姓侍婢，嫁给乌孙王国大将，她是历史上最美丽而且最成功的女政治家之一，经常代表公主和中国政府，出使西域各国，调解纠纷，各国对她有崇高的尊敬。
公元前6年，中国政府任命郑吉担任首位西域总督（都护），他把总督府（都护府）设在乌垒王国（新疆轮台东北），中国在西域势力进一步增强。
