东汉末年，西域的交通又有滞碍，直到三国时期，曹魏与西域的交通才得以恢复。《三国志·魏书》记载：“魏兴，西域虽不能尽至，其大国龟兹、于寘、康居、乌孙、疏勒、月氏、鄯善、车师之属。无岁不奉朝贡，略如汉氏故事。”黄初三年（222）二月，鄯善、龟兹、于阗各遣使来献，魏文帝诏曰：“倾者西域外夷并款塞内附，其遣使者抚劳之。”魏在西域设置戊己校尉。太和年间，设立西域长史，以对西域各地进行管理。据史书记载，当时西域各地每年向曹魏政权遣使进贡。魏太和三年（229），大月氏王波调遣使奉献，明帝封为亲魏大月氏王。
当时仓慈为敦煌太守，他抑制土豪，发展农业生产，保护来往的西域使者和商旅。《三国志·魏书·仓慈》记述了敦煌太守仓慈为胡商从敦煌去洛阳经商，颁发“过所”的情况，说胡商“欲旨洛者，为封过所，欲从郡还者，官为平取，辄以府见物与共交市，使吏民护送道路”。文中“过所”，即指当时的护照。仓慈不仅吸引胡商来敦煌，还为胡商去内地经商提供方便。结果是“西域人入贡，财货流动”（《晋书·食货志》）。仓慈任敦煌太守十余年，劳抚西域各族，深受西域各国商人爱戴和尊敬。“西域诸胡闻慈死，悉共会聚于戊己校尉及长吏（史）治下发哀，或有以刀画面，以明血诚，又为立祠，遥共祠之。”（《三国志·魏书·仓慈》）以后几任太守基本沿用仓慈的做法。
西晋时，与西域各国保持密切关系。史载晋武帝代魏登基，“四夷会者数万人”。晋武帝泰始年间及太康年间，康居、焉耆、龟兹、大宛、大秦皆有来华朝贡的活动。《晋书·四夷传》“康居”条记载，晋武帝泰始年间，康居国王那鼻遣使上封事，并献善马。太康六年（285），武帝遣杨颢出使大宛，诏封兰庾为大宛王。“大宛”条记载：“太康六年，武帝遣使杨颢拜其王蓝庾为大宛王。蓝庾卒，其子摩之立，遣使贡汗血马。”太康年间，焉耆及龟兹国王均遣子前来洛阳“入侍”，及“惠、怀末，以中国乱”，龟兹仍“遣使贡方物于张重华”。西晋戊己校尉由凉州刺史兼任，管辖西域事务。晋朝在西域还设立“校尉”“都尉”等官职，并给当地的部落首领册以爵位和封号，还经常向鄯善等地赏赐耕牛，帮助当地农民发展农业生产，维护晋朝对天山南北各地的统治。文物工作者在楼兰、海头等地发现了许多写有汉字的木牍、木简和纸文书，其中有一些明确标有晋朝皇帝的年号。
西晋前后，大量中原地区汉人为躲避战乱，纷纷经河西走廊迁居到高昌（吐鲁番），使该地及周边地区的人口增多，经济逐步繁荣起来。327年，河西地区的前凉政权创建者张骏进驻高昌，仿中原例，置设“高昌郡”，郡下设县，县下设乡、里，郡置郡守，县设县令，乡有蔷夫，里有里正。这是西域地区推行中原地区“郡县制”的开端，它表明西域的政治管理体制与中原地区开始趋于一致。
前秦建立后，致力于与西域发展关系。《晋书·载记·苻坚》记载：“先是，梁熙遣使西域，称扬坚之威德，并以彩缯赐诸国王，于是朝献者十有余国。大宛献天马千里驹，皆汗血、朱鬣、五色、凤膺、麟身，及诸珍异五百余种。”苻坚仰慕汉文帝返千里马之事，将大宛所献良马悉数返之。苻坚东征，平洛阳，“鄯善王、车师前部王来朝，大宛献汗血马，肃慎贡楛矢，天竺献火浣布，康居、于阗及海东诸国，凡六十有二王，皆遣使贡其方物”（《晋书·载记·苻坚》）。383年，前秦王苻坚派遣骁骑将军吕光带兵远征西域，这次战争的目的是迎高僧鸠摩罗什入中原。当时鄯善王和车师王充当向导并率部参战，焉耆不战而降，龟兹国都被攻陷后，原属小国及远方诸国纷纷表示臣服，自汉之后的魏晋等朝以来，中原政权再次在西域发挥重大影响。
在北魏统一北方的过程中，西域的车师前部王、焉耆王和鄯善王等都曾遣使到北魏朝贡，表达臣服之意。北魏声威远达西域，西域各国有通好的表现，中西交通出现新的局面。延和三年（434），“蠕蠕吴提奉其妹，并遣其异母兄秃鹿傀及左右数百人朝贡，献马二千匹”（《魏书帝纪·世祖纪》）。这一年太武帝亲幸河西，显示中西间丝路东端的通畅。太延元年（435）二月，“蠕蠕、焉耆、车师诸国各遣使朝献”。这年五月北魏首次派遣使节联络西域各国，遣王恩生、许纲等出使西域，这个使团途中被柔然所获，柔然敕连可汗“遣恩生等还，竟不能达西域”，抵达敦煌后就不得不返回。此行未果，但成为北魏中西交通的先声。
太延三年（437）三月，“龟兹、悦般、焉耆、车师、粟特、疏勒、乌孙、渴盘陁、鄯善诸国王始遣使来献”（《魏书·西域传》）。九国同时来献，这是北魏外交史上的空前盛况。大臣建议遣使回报，可是太武帝仍对交通西域感到犹豫，认为“西域汉世虽通，有求则卑辞而来，无欲则骄慢王命，此其自知绝远，大兵不可至故也。若报使往来，终无所益”。有人认为“九国不惮遐险，远贡方物，当与其进，安可豫抑后来”，于是交通西域的主张占了上风，北魏决心继续遣使交通西域。为了避开柔然的阻拦，“又遣散骑侍郎董琬、高明等，多赍锦帛，出鄯善，招抚九国”（《魏书·西域传》）。
据《魏书·西域传》记载，董琬、高明等“北行至乌孙国”，受到热情款待。在乌孙国，“其王得朝廷所赐，拜受甚悦，谓琬曰：‘传闻破洛那（在今乌兹别克斯坦的费尔干纳）、者舌（又称遮逸、州逸，在今塔什干）皆思魏德，欲称臣致贡，但患其路无由耳。今使君等既到此，可往二国，副其慕仰之诚。’琬于是自向破洛那，遣明使者舌”。乌孙王派向导、译员送董琬等到达破洛那国，送高明等到者舌国。这年十一月，破洛那、者舌国“各遣使朝献，奉汗血马”。董琬和高明沿途所经各国纷纷表示归附，甚至遥远的破洛那国也捎信给他们，表示愿与北魏通好。董琬一行回到平城时，随同而来的有包括乌孙、破洛那、者舌等在内的西域16国的使节，朝见北魏皇帝，进贡方物。
董琬等出使西域是中西交通史上的重要事件，这次外交活动在加强中原与西域各国的关系方面起到了沟通和促进作用，使一度沉寂的中西之间的官方来往又频繁起来。“旁国闻之，争遣使者随琬等入贡，凡十六国。自是每岁朝贡不绝。”（《资治通鉴》）董琬等出使西域后，西域诸国“自后相继而来，不间于岁，国使亦数十辈矣”（《北史·西域传》序）。(www.xing528.com)
北魏太武帝开始积极经营西域。太平真君六年（445），太武帝亲率大军，平定了得到柔然支持的北凉政权，打通了前往西域的河西走廊。北魏兵马继续前进，先后征服了此时已叛离的焉耆和鄯善，设立焉耆和鄯善两个军镇，驻兵守卫，任命行政官员，实行与内地一样的郡县制。随后，北魏军队又向西攻下了龟兹，游牧在龟兹以北的悦般主动要求与北魏结盟，共同抗击北方的柔然。柔然闻讯后，自知难以同北魏匹敌，便撤离了西域地区，北魏顺利地统一了西域，由此保证了西域丝绸之路的畅通。在此期间，北魏使者韩羊皮远抵波斯。波斯之名，始见于《魏书》，是北魏西使最远的国家。北魏孝文帝于太和十八年（494）迁都洛阳后，与西域的交通不断。据统计，仅从景明元年（500）至神龟元年（518）的19年间，诸国“遣使朝贡”至洛阳者达61次之多。当时北魏交通的西域国家和地区，包括西域、中亚、南亚和拜占庭等。北魏之后，西魏、北周、东魏、北齐等，皆有与西域使节往还和商贸往来，只是其政权短暂，对外交通远不如北魏时的盛况。
南朝与西域虽然有北朝阻隔，但也有来往。中原与西域的交通，除了西汉开辟的绿洲丝绸之路外，还有“吐谷浑之路”，或称“青海路”，或称“河南道”和“古羌中道”，在南北朝时期成为丝绸之路主干路段之一。在正史及其他各种文献中，“河南国”基本上是指吐谷浑，《梁书·诸夷列传·河南》说：“其界东至叠川，西邻于阗，北接高昌。”吐谷浑之路在南北朝时承担政治、外交、经济贸易乃至文化交流方面的重要作用。吐谷浑与南朝密切的通使关系，以及经由吐谷浑之地而沟通的西域各国与南朝间的通使关系，频繁地见载于南朝史书，必定给当时的人们留下很深的印象。吐谷浑并不产玉，但于阗国的玉只有经过吐谷浑才能运达南朝。在南朝时代的江左人士心目中，或者在事实上，“河南国”与运抵南朝的于阗玉，是有直接关系的。吐谷浑与南朝的交通，经过益州、荆州，沿长江抵达建康。
吐谷浑与益州的关系，据《梁书·诸夷列传·河南》记载：“其地与益州邻，常通商贾，民慕其利，多往从之，教其书记，为之辞译，稍桀黠矣。”同书同传还记载，天监十三年（514），伏连筹遣使献“金装马脑钟二口”，又表请于益州立九层佛寺，并获得梁武帝允可。益州是吐谷浑贸易之路的重要一站，所以有大量胡商居住或活动在益州。《隋书·儒林列传·何妥》说：“父细胡，通商入蜀，遂家郫县，事梁武陵王纪，主知金帛，因致巨富，号为西州大贾。”何妥一家可能是粟特商胡。同样可能是粟特商胡而活动于益州的人还很多。《续高僧传·释道仙》说：“本康居国人，以游贾为业。梁周之际，往来吴蜀，江海上下，集积珠宝。”另一个常被引用的例子，见于《高僧传·宋京师乌衣寺释慧叡》：“经行蜀之西界，为人所抄略，常使牧羊。有商客信敬者见而异之。”陈寅恪说：“……六朝、隋唐时代蜀汉亦为西胡行贾区域，其地之有西胡人种往来侨寓，自无足怪也。”[32]他还强调“蜀汉之地当梁时为西域胡人通商及居留之区域”[33]。
综上所述，在魏晋南北朝时期，虽然政权多有更迭，战乱频仍，但始终保持了西域贸易道路通畅，中西经济文化交流仍然十分活跃。大宛、大月氏、粟特国、康居、天竺、波斯等国都自丝绸之路与当时中国北方政权有贸易往来。《洛阳伽蓝记》卷三记载：“自葱岭以西，至于大秦，百国千城莫不款附。商胡贩客日奔塞下。”在魏晋南北朝时期，西域的交通确如《洛阳伽蓝记》所载之繁盛。
隋朝统一后，准备经营西域，裴矩在张掖掌管互市，从书传及向西域商人采访中，搜集到44国山川、姓氏、风土、服章、物产等资料，编辑成书，并绘有地图，在大业二年（606）完成《西域图记》。《西域图记》所载的“三道”诸国多为富商大贾“周游经涉”所至者，和皆“利尽西海，多产珍异”，即因通“西海”而得贸易之利者及“皆余千户”者，“山居之属”多有不载，所以《西域图记》所列的“三道”诸国比较疏略。但这个记载应该看作是魏晋南北朝时期丝绸之路畅通的路线。
从张骞“凿空”到东汉时的“三绝三通”，经过几代人的努力，开辟和巩固了丝绸之路，与西域各国乃至更远的西方建立起持续的联系和贸易关系，中西文化交流得到了加强。李希霍芬指出：“中国丝虽然在公元前1世纪已发现于罗马，但丝之贸易，则须迟至公元后1世纪。且因西域交通中断，故由海道经印度而来。及公元后100年左右，班超征服葱岭东西各国，于是陆上交通再兴。普林尼谓中国输入之货以丝、铁为大宗，即指此时。由罗马东来者，则为金、银、玻璃、珊瑚、象牙等。”[34]
为了开通西域，中原王朝对匈奴几经征战，消耗了大量的武力和财富，付出了重大代价。
当然，这样的努力和代价并不是徒劳的。正因为如此，才有了中西交通和文化交流大发展的盛况。《后汉书·西域传》概括自西汉迄东汉400年间中西交通大势说：“论曰：西域风土之载，前古未闻也。汉世张骞怀致远之略，班超奋封侯之志，终能立功西遐，羁服外域。自兵威之所肃服，财赂之所怀诱，莫不献方奇，纳爱质，露顶肘行，东向而朝天子。故设戊己之官，分任其事；建都护之帅，总领其权。……立屯田于膏腴之野，列邮置于要害之路。驰命走驿，不绝于时月；商胡贩客，日款于塞下。”
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