從建元二年（前139年）張騫第一次出使西域時開始算起，到神爵二年（前60年）漢宣帝詔令設定西域都護為止，共計79年時間，是西漢政府從最初對西域的不瞭解到逐漸熟悉、再到聯合西域、經略西域的整個過程。與此同時，這個過程也是西漢與匈奴不斷戰爭與磨合的過程，西漢王朝在此期間經歷了由盛轉衰再復興的過程，而匈奴則在這個過程中不斷衰退，直至分裂，西域各國則不斷遊走在兩個大國之間，左右搖擺，一直持續到西域都護設定之後也沒有停止。
第一階段：張騫的出使
張騫出使西域算是西漢政府對西域的瞭解“從無到有”的過程，也是對匈奴戰略轉變的重要一步。在此之前，西漢政府對西域的認識大概還停留在“西方存在一些國家，飽受匈奴欺凌，甚至被匈奴驅逐”這個階段。所以，張騫出使西域的主要目的就是：尋找聯合對抗、打擊匈奴的幫手。
建元二年（前139年），即漢武帝劉徹剛剛即位不到兩年以後，張騫第一次出使西域。
不過，張騫此行並不順利，他的一百多人小分隊在匈奴人堂邑父的嚮導下從長安出發，剛到河西走廊，便被匈奴人擒獲，送去了匈奴王庭。結果，這一呆就是十年，在此期間，匈奴人也曾勸說張騫徹底屈服，還給張騫娶妻生子的機會，不過，張騫始終都沒有忘卻他此行的任務。
張騫
元光六年（前129年）的一天，張騫趁匈奴人不備，帶領身邊的隨從逃出了匈奴的控制區。隨後，他出使了焉耆、庫車、疏勒、大宛、康居、大月氏等西域各國。然而，西域諸國對大漢還都只是一知半解，他們既不知道漢朝的強大與富庶，也不想因此而得罪匈奴。畢竟，對於他們來說，匈奴更近，大漢太遠，張騫的三寸之舌也不過是一面之辭而已。
原本張騫寄予厚望的大月氏也因為非常滿意西遷的新國土，不願再回到故土——河西走廊以西地帶了。張騫雖然在大月氏逗留了一年多時間，但始終未能說服月氏人。隨後，張騫又去了一趟大夏國的藍氏城，便踏上了歸程。返程途中，張騫又去了莎車、于闐、鄯善等國，情形都大同小異。可讓他沒想到的是，他本以為走羌人區可以避開匈奴人的堵截，卻不曾想，此時的羌人區已經成為了匈奴的勢力範圍，結果他又被扣留了一年多才因為匈奴內亂而逃離，直到元朔三年（前126年），才最終返回都城長安。
此行13年，百餘人去，歸來僅剩張騫與堂邑父兩人而已。不過，雖然未能達成與西域各國的聯盟，但是卻實現了對西域的深入瞭解，也將大漢介紹給了西域諸國，為後來雙方的合作打下了深厚的基礎。
霍去病
隨後，大漢與匈奴之間的形勢開始發生了巨大變化，尤其是漠北之戰，衛青、霍去病重挫匈奴，將匈奴人驅逐出河西走廊。隨即，西漢政府在河西地區設定了武威、張掖、酒泉、敦煌四郡，打開了通往西域的通道。
所以，七年後，即元狩四年（前119年），張騫又一次踏上了出使西域的道路，此行因為沒有了匈奴的阻隔，進展非常順利，不但為西域諸國送去了金銀財帛，還帶回了眾多想一探大漢朝究竟的各國使節，讓他們可以一覽漢王朝之強大。
從此以後，漢王朝在西域的影響力變得壯大了起來。
第二階段：戰爭與和親
隨著漢朝在西域的影響力不斷提高，各國與漢朝交往也越來越密切。西域強國烏孫也在此時，跟漢朝建立起了較為友好的關係，不過此舉卻招來了西遷的匈奴的不滿，他們揚言要攻打烏孫。烏孫昆莫獵驕靡希望藉助漢朝的力量，便向漢武帝提出了和親的請求。
劉細君
元封六年（前105年），第一位和親公主劉細君下嫁獵驕靡。不過，此時的獵驕靡已經年老體衰，他很快便向細君公主提出，希望在他死後她可以改嫁其孫軍須靡。滿懷怨懟的細君公主，改嫁軍須靡不到兩年便去世了。隨後，漢武帝又派宗室之女劉解憂代替細君公主成為新的和親公主，繼續維繫大漢與烏孫的關係，烏孫後來也成為了大漢在西域最重要的一股助力。
與此同時，這段時間，隨著漢武帝對西域的瞭解，他也開始有了更多的想法，比如大宛的“天馬”（後世稱為汗血寶馬）便非常地吸引他。
於是，他委派使者前往買馬，結果，大宛國王認為山高路遠，不賣也不能有什麼後果。結果，言語之間，漢使與大宛國王有此過激，雖然沒有當場大動干戈，但還是在使者將出大宛國境之時，被國王派來的人殺害了。
於是，太初元年（前104年），有了大漢朝對西域國家的第一次大規模用兵。
李廣利
領兵者是貳師將軍李廣利，後馬數萬人之多。結果，因後勤保障不足，又沒有得到西域各小國的助力，這一次出兵，剛到大宛的鬱成城，便因為攻城不利、死傷慘重撤軍了。緊接著，為了掙回面子，漢朝政府又發動了第二次對大宛的戰爭，這一次，李廣利經過一年多的準備，不但兵力達到了六萬，還有牛十萬頭、馬三萬匹，驢和駱駝也都達到了一萬以上，可想而知，此次出征連士兵帶後勤補給人員，隊伍有多麼壯大。漢軍所到之處，小國爭相開城送糧，大宛人也在都城被圍四十餘天后，主動殺死了他們的國王，獻出了汗血寶馬。
在這段時間裡，西漢與西域各國的聯絡明顯更為密切，西漢在西域的影響力和威懾力也達到了第一個巔峰。
第三階段：大漢的中興與西域的臣服
後來，隨著西漢與匈奴雙方因長期的戰爭而帶來的國力倒退，兩國之間的關係開始進入到一個相對緩和的狀態。西域與大漢的關係也進入到一個相對微妙的階段，親匈派與親漢派都有各自發展的空間。而西漢也因為國策向“休養生息”轉變，無暇顧及西域的“內部鬥爭”了。
直到，昭宣中興後，西漢國力實現復興，對匈奴優勢地位越來越明顯，大漢在西域的影響力也與日俱增，漢使的地位也水漲船高。甚至於往往漢使在西域亮出大漢符節便可以發號施令，調動兵馬。西漢的外交已經從漢初的“被迫和親”轉變成為了“單車使者斬名王，定屬國於萬里之外”式的強勢外交。
傅介子
元鳳四年（前77年），受昭出使大宛的漢使傅介子，聽說龜茲國正在招待匈奴使者，當即改道前往，直接當著龜茲國王的面，誅殺了匈奴使者。隨後不久，傅介子又在一次出使樓蘭之時，當場斬殺了親匈奴的樓蘭國王。
元康元年（前65年），馮奉世奉命出使西域時聽說莎車國人殺害了親漢的莎車王萬年，並殺害了漢使奚充國，倒向了匈奴。他當機立斷，拿出漢朝符節，調動西域周邊各屬國共計一萬五千兵馬，合力攻打莎車國，一舉破城，為莎車重新換了一位國王。
可見，雖然這時候的西域諸國還是會有倒向匈奴的國家，但是漢朝的影響力已經遠非昔日可比了。所以，為了更好地管理西域，神爵二年（前60年），位於烏壘城（輪臺縣境內）的西域都護府正式成立了，西漢也可以更加名正言順地參與管理西域諸屬國的內政了。
漢宣帝甘露三年（前51年）的祭天大禮上，“蠻夷君長王、侯迎者數萬人”來朝賀，匈奴單于呼韓邪亦位列其中，只稱藩臣不呼名，其尊敬之情可見一般。
只有一個國家真正強大了，才有後世難以企及的強勢外交，單憑一時兵力之徵服，是不可能帶來永久臣服的。