李广利征服大宛之后，汉朝兵威大震，西域诸小国闻风恐惧，多遣其子弟随从李广利到来朝贡。以后汉使前往西域，所过之处，皆以礼接待，不敢轻慢。

大汉奸卫律建议且鞮侯单于，控制西域的车师国，攻杀汉使，断却汉朝与乌孙的联系。

匈奴右地到西域比汉朝敦煌郡去西域方便，匈奴若控制车师，便能以小博大。且鞮侯单于对卫律的建议深以为然，立即派兵控制车师，另立国王，令其配合匈奴截杀汉使。

西域是汉朝必争的，公元前101年，武帝在西域设使者校尉（西域都护的前称），派数百骑和数千民夫到轮台、渠犁屯田，以供给往来之汉使。不久更名为屯田校尉，由扜弥国太子赖丹担任此职。日后汉军再出征西域，就可在自己的屯田据点进行休整。

屯田校尉的之职责不仅是屯田，还要修筑亭障。此后自盐泽以西，直到乌垒，处处起亭，为行人休息之地。

在西域屯田，最大的问题是缺水。西域大部分河流是季节性的，干旱季节连饮用水都不足，更别说灌溉了，于是中原人带去了坎井技术。

《庄子·秋水篇》云：“子独不闻夫坎井之蛙焉。” “坎”是地洞之意，坎井是一种类似地洞的井，又称坎儿井。

在山脉与平地的结合部，人们发现水流并非完全来自山上，一部分来自山洞中。人们猜测有一条地下暗河，便开挖一条与地面平行的暗渠，从暗河引水出来，形成明渠。然后在暗渠上方，每隔一段距离开挖竖井，最深的竖井深达近百米。干旱季节，地下暗渠的水或许不能流到明渠，人们却可通过竖井取水饮用甚至灌溉。竖井口和暗渠口常以柳枝、杂草覆盖，减少井水蒸发，避免风沙淹没渠道，防止冬季结冰坍塌。

战国时代的秦国人，已经掌握了坎儿井的技术。到汉朝时，坎儿井得到大规模应用。汉武帝时，发万余卒，穿渠凿井，引洛水至商颜下，凿井深者四十余丈。

李广利率军围攻大宛国贵山城，城内水源被切断，大宛人用通晓穿井法的秦人（西域有时称汉人为秦人），开挖地下暗渠，解决饮水问题。

汉朝在西域屯田，也开始大规模开凿坎儿井，不仅河西走廊，自敦煌以西到楼兰、车师、龟兹等地的关塞、烽燧、屯田处，到处是坎儿井。

开凿坎儿井的传统流传至今，清朝虎门销烟，第一次鸦片战争后，林则徐遭诬陷革职，戍边伊犁。林则徐路过吐鲁番，这里干旱炎热，雨量极少，但沿途多卡井（坎儿井），以至田土膏腴，岁产木棉无数。林则徐赞叹不已，随后在新疆大力推广坎儿井，变赤地为活壤，出现“疏泉穴地分浇灌，禾黍盈盈万顷间”的景象。

如今新疆的坎儿井有上千座，一座坎儿井往往有几十口竖井，多者达三百余口，暗渠全长约五千公里以上。

汉宣帝时，命郑吉兼护车师以西北道（西域北道），在乌垒城（今新疆轮台东北部）设立幕府，镇抚西域诸国，称为西域都护（官职三品），主掌西域军政，其他屯田校尉都属西域都护管辖。

西域都护官职与郡太守相当，管辖的范围却远胜各郡，控制的军队更是达到控弦三十万骑。西域都护府管辖范围，含怱岭东西、天山南北共四十八国，包括乌孙、大宛、龟兹等大国，完全断匈奴右臂。西域的军队，光是乌孙就控弦十八万八千八百骑，总计约三十万骑，此后汉朝频繁调动西域各国大军，北匈奴郅支单于就是在西域联军围攻下灭亡的。

西域各国国王，世袭罔替，但王权更迭需要经西域都护府上报朝廷，由汉帝册封。朝廷在各国设置官员，包括王、侯、将、相、都尉、且渠、当户、译长等，有三百七十六人佩汉朝印绶，不过这些官员也是西域本地人。

西域都护府还督察康居、大月氏、大夏等国，这些国家虽不属西域都护管辖，但有责任确保汉使和商队平安往来，保证丝路畅通无阻。

汉朝能控制西域，关键点在屯田，而坎儿井也起到了关键作用。