长途奔袭，进入漠南，俘虏一万多人。公元前126年，张骞回到长安。向汉武帝说明西域的富庶。于是，汉武帝决定打通前往西域的道路，解决汉朝西部的威胁。甘肃的武威、张掖、酒泉等地，因位于黄河以西，自古称为 河西，又称河西走廊。它为内地至西域的通路，具有重要的战略地位，这时它仍在匈奴 的控制之下，对汉朝的侧翼构成威胁。
汉廷为了打通通西域的道路和巩固西部地区，遂决定展开河西之役，为此，组织强大的骑兵部队，委派青年将领霍去病出征河西匈奴军。元狩二年（前121年）汉武帝两次派遣霍去病进击河西走廊 的匈奴。霍去病长途奔袭，在祁连山与合黎山 之间的黑河（今弱水上游）流域与河西匈奴主力展开决战，杀敌3万余人，取得决定性胜利。全部占领河西走廊地区。
并且在河西走廊设郡进行统治。并且打通 了汉通西域的道路，元狩二年（前121年）浑邪王降，以其地为武威、酒泉郡；元鼎六年（前111年），分置张掖、敦煌郡。——《汉书·武帝本纪》。四、争夺西域河西大捷之后，张骞又再次前往乌孙国，也是想劝说乌孙夹击匈奴。但是也没有成功。不过张骞这次带了很多使者。分别访问了西域的其他国家。
也让他们知道大汉的声威。还带来很多西域的物产。这进一步加强汉朝与西域各国交流的愿望。同时，强大的匈奴仍然威胁汉朝的北疆。控制西域。于是，汉朝一边继续打击匈奴，一边派使节前往西域。加强与西域的往来。公元119年，汉武帝集中10万大军，由大将军卫青和骠骑将军霍去病率领，深入漠北，寻歼灭匈奴主力。这次，匈奴主力遭到沉重打击。
匈奴王远遁。至此，匈奴对西汉北边的威胁基本消除，漠南无王廷。是後匈奴远遁，而漠南无王庭。乌维单于立三年，汉已灭南越，遣故太仆贺将万五千骑出九原二千馀里，至浮苴井而还，不见匈奴一人。汉又遣故从骠侯赵破奴万馀骑出令居数千里，至匈河水而还，亦不见匈奴一人。——《史记.匈奴列传》汉朝北边的祸患基本消除。但是汉朝与匈奴对西域的争夺方兴未艾。
起初，西域诸国认为汉朝距离遥远，而匈奴近在咫尺。所以对汉朝的使节不是特别的重视。甚至轻慢汉朝使节，抢劫财物。为此，汉朝多次发兵西域。进击姑苏，楼兰，大宛等国。而楼兰、姑师小国耳，当空道，攻劫汉使王恢等尤甚。而匈奴奇兵时时遮击使西国者。使者争遍言外国灾害，皆有城邑，兵弱易击。於是天子以故遣从骠侯破奴将属国骑及郡兵数万，至匈河水，欲以击胡，胡皆去。
其明年，击姑师，破奴与轻骑七百馀先至，虏楼兰王，遂破姑师。因举兵威以困乌孙、大宛之属。还，封破奴为浞野侯。王恢数使，为楼兰所苦，言天子，天子发兵令恢佐破奴击破之，封恢为浩侯。——《史记.大宛列传》甚至，大宛国还拒绝汉朝购买汗血宝马的要求，杀害汉朝使节，汉武帝大怒，直接发兵攻击大宛。遂不肯予汉使。汉使怒，妄言，椎金马而去。
宛贵人怒曰：“汉使至轻我！”遣汉使去，令其东边郁成遮攻杀汉使，取其财物。於是天子大怒。拜李广利为贰师将军，发属国六千骑，及郡国恶少年数万人，以往伐宛。——《史记.大宛列传》大宛最终臣服汉朝，大宛城内贵族杀死大宛国王，表示谢罪。经过这一战，汉朝在西域声威显赫。五、设置都护为了解决劳师远征的困境，公元前101年开始，汉军开始在轮台地方屯田。
并且设置使者校尉，主管西域事务。后来的西域都护由此而来。终汉武帝一朝，西域时而归附汉朝，时而叛汉。归根到底，还是惧怕匈奴。上诏文便道引兵捕楼兰王。将指阙，簿责王，对曰：“小国在大国间，不两属无以自安。愿徙国入居汉地。”上直其言，遣归国，亦因使候司匈奴。——《汉书.西域列传》楼兰王的话，正是西域很多国家国王的心理的写照。
因此，汉军对于依附匈奴的王国和其主子匈奴，坚决打击。比如对于楼兰和车师。汉昭帝元凤四年，大将军霍光白遣平乐监傅介子往刺其王。使其归附。汉宣帝时期，汉朝多次发兵攻击车师，使其归顺汉朝。而对于和汉朝通好的西域国家，汉朝则友好相待。比如对乌孙。汉朝曾经派细君公主和亲乌孙。在汉朝的恩威并施之下，西域各国日益服从汉朝的管理。
特别是在匈奴每况愈下的情况下。汉宣帝神爵二年(公元前60年)，漠北草原的匈奴政权发生内讧，驻守西域的匈奴日逐王先贤掸恐遭不幸，率部众自愿归服汉朝。汉宣帝令郑吉率龟兹、渠犁诸国兵五万人迎接日逐王及部属。次年，汉宣帝任命郑吉为都护，设立“西域都护府”，治乌垒城(今轮台县策大雅南)。自此，新疆就正式列入了汉朝的版图，成为我们统一的多民族国家不可分割的一部分。
