对比西汉与秦代的疆域图，我们会发现西汉统治者在西北地区取得了重要的领土扩展。除了羁縻统治的西域城邦诸国之外，汉朝人为后世留下的最为宝贵的遗产，莫过于将一个曾经完全由羌、匈奴统治的河西改造成了中原王朝的稳固地盘，让汉人再次繁衍生息至今。那么，西汉用怎样的方式完成了这种转换呢?
公元前121年的春夏两季，汉武帝派遣年轻将领霍去病率轻骑两次扫荡河西走廊。霍去病第一次出陇西，过焉支山千余里，突袭匈奴右部，俘浑邪王子及相国、都尉，歼敌8000余，还缴获了休屠王祭天金人，极大削弱了匈奴在河西东部的力量，第二次则由河套横渡大漠，至居延泽后沿额济纳河南下，兵锋直至浑邪王腹地，斩首三万余人，彻底摧毁了匈奴人在河西西部的统治基础。
两战之后，匈奴两王再无战意，浑邪王杀休屠王后降汉，霍去病奉命迎接，又“斩其欲亡者八千”。随后，汉武帝将浑邪王内封为漯阴后，并让浑邪王部众游牧于西北五郡边塞之外，成为“属国”。由此，汉武帝与霍去病君臣通过大规模的减少河西匈奴数量与迁徙人口的方式达到了“清空河西”的军事目的。司马光曾言：“自浑邪王降汉后，盐泽(罗布泊)以东无匈奴”，可见这次汉王朝军事行动的彻底性。
在大规模削弱匈奴人口之后，汉王朝拥有了足够的土地资源空间进行建设。由于汉朝统治者对于河西地区的地缘战略地位尤为看重，因而将河西地区的军政建设放在了突出位置。因此，汉朝据有河西后，就向河西各地派去了大量戍卒，在河西就地屯守，并修筑了亭鄣烽燧等军事防御设施，旨在将河西建设成“隔绝羌胡”“断匈奴右臂”进而沟通西域的战略基地。
汉代在河西走廊南北两边均筑有边塞。其中走廊北部边塞的修筑可分为四段，即令居以西至酒泉、酒泉至玉门关、玉门关至盐泽以及居延塞，密集的边防要塞体系为西汉巩固河西地区的统治至关重要，自此之后，匈奴人虽然多次试图重夺河西，但是始终失败于汉朝严密的防御体系之下。
建立稳固的边防体系后，汉王朝还需要通过政治与经济建设将河西之地从“化外”转为“内地”。开河西初年，汉王朝仅设置了酒泉一郡，随后又相继设立张掖、敦煌、武威四郡。据《汉书》卷二十八下《地理志》载，西汉河西四郡共辖有35县，其中张掖、武威各辖10县，酒泉、敦煌分别辖有9县和6县，其每郡所辖县数量与西汉内地郡基本无异，可以体现出西汉在河西的控制力已经深入到了社会基层。河西因地处边防要地，军务繁多。故各郡在长史之外还另设将兵长史，可以灵活处理军政要务。
在陆续进行政权建设的同时，汉王朝也积极把握了控制河西最为关键的因素——人口。《史记》卷三十《平准书》所谓“初置张掖、酒泉郡，而上郡、朔方、西河、河西开田官，斥塞卒六十万人戍田之”。汉王朝积极进行移民屯田，并大规模建设水利工程，在各郡设立“屯田吏”督促军屯与民屯，另外还设立又专门的“监渠使”等官员督促水利工程建设。由于西汉卓有成效的移民与经济开发，到西汉末年时，河西总人口已经达到五六十万人，达到了前所未有的水平。
汉王朝在河西的军事、政治、经济的综合建设在短时间内使河西地区迅速汉化，最终成为了与内地同样稳固的汉家乐土。