当时天山南北二道均已开通。大体上南道是出玉门关或阳关，至楼兰后沿塔里木盆地南缘与昆仑山北麓间通道西行；北道也是出玉门关或阳关，至楼兰后沿新疆中部天山南麓与塔里木盆地北缘之间的通道西行；南北二道在疏勒（王治今新疆喀什）会合，而后再逾葱岭至大宛、康居诸国。张骞出使西域成功后，汉使与商旅们频繁地出现在南北二道之上，严重威胁到匈奴在西域的统治，匈奴当然不会坐视不管。这时西域诸国尚处于匈奴的统治之下，匈奴对地处中原与西域交通要冲的楼兰与车师的控制更为严密。随着汉使往来的日渐增多，楼兰、车师等国供应食物，应接不暇，何况还有许多不法之徒混迹于使团之中，私带官物，依仗大汉的声威，强买强卖，勒索物，更是引起诸国的反感。因此，楼兰、车师等国在匈奴的唆使与支持下，阻断通，劫杀汉使。如果不断然采取措施，西域的交通存在着被匈奴重新阻断的可能。因此，汉武帝决心以武力保卫西域道路的畅通。
攻破大宛镇西域
汉元封三年（公元前108年），汉武帝派遣将军赵破奴率数万骑兵攻击楼兰、车师两国，曾经出使过楼兰的使者王恢奉命佐助赵破奴。王恢先率轻骑700人突袭兰，俘获楼兰王；随后，赵破奴率兵数万击破车师。此役是汉军在西域进行的第一次军事行动，不仅保障了敦煌以西的交通安全，而且也向西域诸国显示了汉朝强大的军事实力，对摇摆于匈奴与汉朝之间的西域诸国起到了强烈的震慑作用。楼兰王向汉朝称臣献贡，与匈奴的关系逐渐疏远。汉元封六年（公元前105年），乌孙国遣使至汉，请求和亲。在这种形势下，匈奴怨恨乌孙、楼兰，而集中全力经营车师，并联合大宛等国，扣留或劫杀大月氏、大夏等国与汉朝的使团及商队，骚扰阻断丝绸之路西段的交通。为了打破匈奴对大宛的控制，并夺取汗血宝马，汉武帝发动了征伐大宛的战争。
大宛位于今中亚费尔干纳盆地，是西域南北二道会合后西行的必经之地，地理位置十分重要，而且以盛产汗血宝马而闻名。汉太初元年（公元前104年），汉武帝听说大宛的贰师城有善马，非常想获得大宛善马改良中原马种，于是遣使携千金及金马前往大宛交换。大宛距汉遥远，素来只敬畏匈奴，又自珍宝马，所以拒绝了汉使的请求。汉使被拒绝后怒气冲天，厉声辱骂，椎破金马后起程回国。大宛王毋寡与贵族受辱后也大怒，于是勾结位于其东边的郁成王拦路劫杀汉使一行，尽掠财物而去。消息传到长安，汉武帝怒不可遏，立即任命宠姬李夫人之兄李广利为贰师将军，率领骑兵6000、步卒数万，征伐大宛。
李广利率西征军出玉门关后，必须穿越道路险恶的盐泽（今罗布泊地区）西行，在茫茫的沙漠戈壁之中无法找到足够的淡水供大军饮用，不少士卒倒毙在途中，等到走出盐泽，大军早已疲惫不堪。然而，更加沉重的打击尚在后面。西域北道的各国在匈奴的煽动下，断绝对汉军的给养，并不断地袭击汉军。李广利率领汉军尚未抵达大宛，就被西域小国郁成击败，汉军死伤惨重。李广利束手无策，只得率领残兵败将返回，退至敦煌时，士卒仅剩十分之一二，于是上书请求罢兵。汉武帝大怒，决定将征伐大宛的战争继续下去，于是遣使至敦煌，于玉门关上宣布诏命：“有敢入玉门关者斩之！”李广利因此不敢入关，屯居在关外待命。这时，许多朝臣因捉野侯赵破奴击匈奴兵败投降，不希望汉军在二线同时作战，因此劝汉武帝罢战大宛，集中力量专攻匈奴。汉武帝则认为如果连小国大宛都不能攻克，大夏等国必然轻视大汉，劫杀汉使之事将会愈演愈烈。正是基于这样的考虑，汉武帝将主张罢兵的邓光等人治罪，并赦免罪犯囚徒及不法少年，皆令从军出征，又调集郡国边骑等，共征发6万多人，牛10万头，马3万匹，负载粮食与武器的驴、骆驼数万匹。由内地向敦煌转运粮食的民夫络绎于路，“天下骚动，皆为伐宛”。
汉太初四年（公元前101年），李广利率军第二次征伐大宛。此次出征兵众势盛，匈奴与西域诸国不敢截击，汉军较为顺利地到达了大宛贰师城。汉军将城池重重包围，猛攻40余日，终于将贰师外城攻破。大宛众贵族见形势危急，于是谋杀了大宛王毋寡，被迫与汉军讲和，献善马3000匹，并约定以后每年进贡汗血宝马两匹。李广利终于以数万人死伤的惨重代价将大宛征服，结盟而返。汉武帝不惜倾注人力物力二伐大宛，夺取大宛善马固然是一个原因，但更重要的原因在于通过征服大宛，宣扬大汉的国威，抵消匈奴在西域的影响。事实也是如此，汉军西征时所经过的一些西域小国，慑服于汉军声威，都纷纷遣子入汉，称臣纳贡，转而依附汉朝。
车师的反复争夺
汉武帝在征服大宛之后，又与匈奴展开了对车师的争夺。车师位于今新疆吐鲁番盆地，王治交河城（今新疆吐鲁番西北），是中原通往西域的第二道门户（第一道门户指楼兰），而且车师在楼兰之北，与匈奴相邻，早在汉初就臣服于匈奴。这种特定的地理位置，必然要成为汉匈反复争夺的焦点。自汉武帝于天汉二年（公元前99年）始夺车师以来，直至汉宣帝神爵二年（公元前60年）才最终占领车师。在长达40年的时间中，围绕着车师，汉匈共进行了五次规模较大的争夺战。
虽然在汉元封三年（公元前108年），汉将赵破奴曾攻破车师，不过那时汉武帝还没有考虑占领车师的问题，所以汉军很快撤走，此次战役只是一种尝试性的争夺。汉天汉二年（公元前99年），汉武帝决心占领车师，以保证北道的安全，于是命李广利、李陵等分出酒泉、居延北击匈奴，另遣匈奴降将开陵侯成娩率楼兰国兵击车师。李广利被匈奴所围，几乎不能脱身；而李陵则兵败身降。匈奴右贤王在击退李广利后，率数万骑救车师，成娩见形势不利，引兵而还。在一夺车师中，以汉军的失败而告终。
汉征和三年（公元前90年），汉武帝遣李广利、商丘成、马通三将军分出五原、西河、酒泉北击匈奴。马通率部队将经过车师之北，汉武帝恐怕车师袭击汉军，又遣开陵侯成娩率楼兰、尉犁、危须等六国兵围车师。此时匈奴自顾不暇，无法前往增援，车师王降，臣服于汉。在二夺车师中，汉军征服了车师。
车师是匈奴在西域的重要基地，匈奴自然不肯轻易拱手让出，特别是在汉元凤四年（公元前77年），亲匈奴的楼兰王安归被汉使傅介子刺杀后，安归之弟尉屠耆被汉朝立为楼兰王，更其国名为鄯善，移都城于抒泥城（今新疆若羌）。在南道的门户已经被汉朝牢固控制的情况下，车师对于匈奴就更为重要了。汉元平元年（公元前74年），匈奴派遣4000骑兵前往车师屯田，车师又倒向匈奴，出兵与匈奴共侵乌孙。汉本始三年（公元前71年）春，汉宣帝应乌孙昆弥（首领）翁归靡的请求，遣度辽将军范明友等五将军，15万骑，分道而出，北击匈奴；又命校尉常惠持节监护乌孙兵五万，从西方击匈奴。屯田于车师的匈奴骑兵得知汉军五路大军齐出，乌孙兵即将西至，大惊失色，一哄而散。在三夺车师中，车师复归于汉。
匈奴得知车师再次臣服于汉后大怒，命车师王遣太子军宿入匈奴作为人质，军宿不愿入质于匈奴，逃至焉耆其外祖父家，车师王于是改立乌贵为太子。乌贵继承王位后，与匈奴联姻，又倒向匈奴。汉地节二年（公元前68年），汉遣侍郎郑吉率士卒屯田于渠犁，垦荒积谷，准备进攻车师。第二年秋收之后，郑吉与校尉司马熹发西域诸国兵万余人及屯田士卒1500人围攻车师，车师王乌贵请求归附。匈奴得知车师降汉后，发兵攻击，但被郑吉与司马熹击退。郑吉留下少许士卒守护车师王，自率大军回渠犁田所。车师王唯恐匈奴复来被杀，弃国逃至乌孙，匈奴遂立车师王弟兜莫为王。兜莫不敢再居车师故地，于是率领残余部众迁徙至博格达峰北麓，设王治于务涂谷（今新疆奇台西南，车师后国王治）；郑吉则发兵300人于车师故地屯田，充实其地。在四夺车师中，车师分裂为前后二国（或称前后二部）。
自从汉地节三年（公元前67年）郑吉派遣300士卒在车师故地屯田之后，匈奴不甘心失去土地肥沃的车师故地，虚闾权渠单于与众大臣发誓要重新夺回车师，于是数发精锐骑兵袭击屯田于车师的汉军。围绕着车师，汉匈展开了最为激烈的争夺。汉元康元年（公元前65年），匈奴遣左、右奥鞑王及左大将军击车师交河城，但未能攻下。就在车师纷争之时，位于南道的莎车（王治今新疆莎车）又挑起事端。原莎车王的弟弟呼屠杀死汉朝所立的莎车王——解忧公主子万年，并杀汉使奚充国等人，扬言匈奴已攻陷车师，北道诸国皆属匈奴，发兵攻劫南道，与南道诸国歃血为盟叛汉，至此南道从鄯善以西皆不通。此时郑吉、司马熹正在北道与匈奴争夺车师，对南道莎车等国的叛乱鞭长莫及。一时间南北二道俱乱，形势极为严峻。此时卫侯冯奉世正护送大宛使者从南道归国，被阻于鄯善伊循城（今新疆若羌东北），遂与副使严昌商议，果断西下平叛，攻陷莎车城（今新疆莎车），莎车王自杀，诸国悉平，汉朝重新控制了南道。南道虽然平定，北道车师局势依旧紧张。汉元康二年（公元前64年）五月，郑吉率渠犁田卒1500余人往救车师，结果被匈奴围于交河城。郑吉上书求救，请朝廷增派士卒援助。丞相魏相认为出兵车师道路遥远，耗费太大，建议暂罢车师屯田。汉宣帝采纳其议，命长罗侯常惠率张掖、酒泉骑兵解车师之围，迎郑吉及其士卒还渠犁，并尽迁车师国民，立原车师太子军宿为车师王，放弃车师故地予匈奴。后郑吉被任命为卫司马，专护鄯善以西的南道。在五夺车师中，车师重新被匈奴控制。
匈奴虽然重新夺取车师，控制了北道，可是这一胜利并没有维持多久。汉神爵二年（公元前60年），虚闾权渠单于病死，右贤王屠耆堂夺取单于之位，致使匈奴内部权力之争更加激化。匈奴日逐王先贤掸因与单于争权结怨，遂率其部众数万骑降汉，骑都尉郑吉发兵迎之。日逐王的辖区在匈奴右部的南缘，与西域连接，统领西域的僮仆都尉即由日逐王所派。日逐王先贤掸降汉后，僮仆都尉从此罢废，匈奴在西域的势力彻底瓦解，汉军兵不血刃，重占车师。郑吉因发兵迎日逐王降，破车师，威震西域，并护车师以西北道与鄯善以西南道，故称为“都护”，设都护府于乌垒城（今新疆轮台东北）。
西域都护府的建立，使“汉之号令班西域矣”，标志着西域诸地自此成为我们统一多民族伟大国家的组成部分。
自此天山南北各地进入中央王朝的有序管理之下，汉朝政府直接任免西域都护以及专理西域屯田事务的戊己校尉等高级官员，册封当地首领，颁发印绶，让其管理地方日常事务。
兵家看点
天山作为西域的门户，一直是汉匈作战的焦点地区。自从汉武帝初年张骞始通西域，至汉宣帝神爵年间，汉朝与匈奴争夺天山地区70多年，最终实现了断匈奴“右臂”的战略目标，从而确定了汉朝的优势地位，并确保了丝绸之路的繁盛；同时也为历代王朝经营西域奠定了基础。此后，历代王朝都以天山为控御西域的方向盘。
3.中原之地的天然屏障——燕山
在我国河北平原北侧有一段绵延起伏的山脉——燕山。它扼守着从潮白河河谷到山海关的广大地区；它西起八达岭，东到山海关。山上的冷口、喜峰口、古北口等关口是进入中原的交通要道和古代重兵防守的险关，有着十分重要的战略地位。
京师安危的保障
从军事角度上来看，燕山有着重要的战略意义。燕山山脉绵延千里，河北境内的几条主要河流均发源于这条山脉，切穿山岭，形成交通孔道，也因此而形成了一些险要关隘。
燕山山脉将河北与内蒙古草原联系起来。内蒙古草原历来为北方游牧民族驰骋之地。塞外游牧民族强盛之时，常南下抢掠中原，河北为其南下的一个主要方向。塞外游牧民族入寇河北，又可分为两种情况：一是自辽河流域而来，二是自内蒙古草原而来。辽河流域与河北之间的往来通道是辽西走廊，山海关扼其咽喉，卢龙、迁安、乐亭、遵化等地为重镇。内蒙古草原进入河北的一条便捷路线是从大同盆地北部山地低口进入大同盆地，再由桑干河及其支流河谷低地进入河北。居庸关（在北京市昌平区西北部）、紫荆关（在河北省易县紫荆岭上）等关隘扼其咽喉，大同、宣化、怀来、张家口等地为重镇。北京作为河北北部的一个重心，可以同时应接这两个方向。
在北京外围环燕山山脉，还有松亭关、古北口、冷口、喜峰口等关隘扼守穿越燕山山脉的其他几条交通孔道，所以燕山山脉起着抗击塞外游牧民族南下的屏障作用，翼蔽河北乃至整个中原的安全。秦汉经营渔阳（今北京市密云县西南）、上谷（今河北省怀来县东南）、右北平（今天津市蓟县），隋唐经营范阳（今河北省涿州市）、平卢（今辽宁省朝阳市），明代经营宣府（今河北省宣化）、蓟州（今天津市蓟县），都是意在扼守燕山险阻，以御北方游牧民族的入侵。而到了近代，燕山更是阻止日寇侵略的前沿。
抗战爆发前中国军队对日军入侵华北的阻击战充分说明了燕山一线对京师安危起到的重要的屏障作用。
燕山阻日军
1931年九一八事变，日军占领沈阳，并在东北扩大侵略。不久，日寇将目标锁定在中国的华北地区。1933年3月9日，日军直抵长城喜峰口，另有一部日军侵占了北侧长城线及喜峰口以东的董家口等阵地。这时守卫燕山山脉的是国民革命军第二十九军。
时任第二十九军军长的是西北军名将宋哲元。早在1931年的九一八事变之后，宋哲元就向全国发出通电，指出“日本竟乘人之危施行其预定计划，大肆侵略，是可忍，孰不可忍”，他呼吁四亿同胞奋起抗战，誓雪国耻，发出“宁为战死鬼，不做亡国奴”的誓言。宋哲元的忠义之气赢得了全国上下一致赞扬。但是由于国民政府的不抵抗政策，日军很快占领了东北三省。
1932年7月，宋哲元致书国民革命军副总司令张学良，再次表达了自己的抗日主张和抗战计划。他说：“日人蚕食我国，其心目中不独不以中国为国，中国人为人，且无世界，热河、平津必被侵扰。”因此，他建议“配备五万人守热河，三万人守山海关，三万人守平津”。由于南京国民政府仍继续推行妥协退让对策，他提出的作战方案遭到冷遇而未被采纳，但他仍努力整军练兵，扩充军备弹械。