第一个探险家的报告
中国史籍中最早的关于楼兰王国的具体记载，见于《史记·大宛列传》。有些书籍，曾把《史记·大宛列传》前半部分改称为张骞所著的《出关记》。这个提法尚有一定问题，因为我们只在《隋书·经籍志》见到著录有一种地理类的书，叫《张骞出关志》，没有注出作者。而这个“出关志”排在南朝宋的僧人昙宗的著作之后，所以，可能是南朝宋或稍后的南北朝时人所作。尽管如此，一般认为《史记》中有关西域的国情资料，直接得自大探险家张骞的两次西行报告。
《史记·大宛列传》中说：楼兰，是西域小国。建国于盐泽边上，有城郭，然而“兵弱易击”。由于占据了中西交通孔道上的咽喉位置，所以在汉与匈奴争夺西域控制权的过程中，楼兰的取向具有相当关键的作用。所谓“盐泽”，就是指罗布泊。在秦汉史籍中，罗布泊或称盐泽、泑泽、蒲昌海、临海、辅日海、牢兰海等。盐泽，取意于是个咸水湖，泑泽，取意于地势低洼，水域青黑。罗布泊或罗布淖尔这一名称，则出现较晚。
汉代史学家班固撰写《汉书》时，楼兰国有1570户人家，共14100口人，国都名叫“扜泥”。《汉书》进一步介绍了楼兰的生态环境：“地沙卤少田，寄田仰谷旁国。国出玉，多葭苇(芦苇)、柽柳(红柳)、胡桐(胡杨)、白草(芨芨草)。民随畜牧，逐水草。有驴马，多骆驼。能作兵，与婼羌同。”这样一个贫瘠、弱小的化外之国，在汉与匈奴旷日持久的战争状态中始终处在风口浪尖境地，完全是由其地理位置决定的。
汉朝在西域初露兵锋
汉武帝听取了张骞关于西域情况的报告，一心想把势力扩展到中亚的大宛等国家。这样，与钳制汉朝，不欲使其向西发展的匈奴，就处在了不宣而战的战争状态。国力一直处在上升时期的匈奴，当然不希望有人把一条腿直伸进它后院的马厩当中，战争从一开始就是无可避免的了。是汉代使臣张骞，把汉与匈奴引向了战争，而张骞的后继者——受命出使西域的使臣们——又把楼兰置于汉军出击西域的第一冲击波当中。
据《史记》、《汉书》记载，张骞使还长安，为朝野开启了封闭多年的“西窗”，汉武帝决心向西发展，“使者相望于道，一岁中多至十余辈”。这使者西行，都是由玉门关经楼兰再前往各地，“楼兰、姑师① 当道苦之，功劫汉使王恢等。又数为匈奴耳目”，“匈奴奇兵时时遮击使西国者。使者争遍言外国灾害”。于是，汉武帝命从票侯赵破奴率属国骑兵以及从边境各郡征调的数万军队，陈兵于匈水，欲与匈奴主力一战，而匈奴避其锋芒，并不正面迎敌。于是赵破奴便挥师西向而击破姑师。姑师也是汉武帝时在中西交通古道上的当道小国。那个一再为楼兰人的劫掠困扰的使者王恢，正在赵破奴军中作向导。赵破奴给王恢轻骑兵700人，王恢便兼程奔袭楼兰，一举俘虏了楼兰国王。这一以武力向西域各国示威的军事行动圆满结束后，赵破奴晋封为浞野侯，王恢受封为浩侯。汉朝把边陲的烽燧亭障自酒泉延展到玉门关，作好了随时在西域进出的战术准备。
面对朝发夕至的汉朝骑兵，楼兰王只得表示降服，并成为汉的属国。但匈奴势力依然强大，便派兵出击楼兰。于是，身处铁锤与砧板之间的楼兰王，只得采取了“走钢丝”的策略，派一个儿子到匈奴作质子②，派另一个儿子到汉朝作质子。
汗血马的索取
那时，汉朝与匈奴的战争已进行了好多年，大将军卫青曾七击匈奴，但仍然没有把握住战局的主动权。战场广阔无边，从某种意义上来讲，那是骑兵的角逐。汉使从西域回到长安，向朝廷奏报大宛国出产良驹，名叫汗血马——流的汗是血红色的。这种名贵的骏马，出自大宛国的贰师城。于是好大喜功的汉武帝特派使节带上千金及金铸之马，前往远在今吉尔吉斯斯坦的费尔干纳盆地的大宛国，要求得到汗血马。大宛国王不但拒绝了这一要求，还指使其属国半路上掩杀了返朝的汉使。汉武帝便任命宠姬李氏的哥哥李广利为贰师将军，统率大军，前往讨伐大宛国。匈奴当然不希望汉朝攻下大宛，就决定分段阻击战线过长的汉朝远征军。由于李广利兵力强盛，不敢正面拦截，便派专人到楼兰，命令楼兰王等李广利主力过完之后，截杀后继的文职官员及掉队者。李广利也许正是考虑到长途奔袭，首尾难顾，便在玉门关留下一支由部将任文带领的部队断后。任文捕获了匈奴的信使，知悉这一计划，便立即上报朝廷。汉武帝命任文就近发兵捕捉回楼兰王。在长安的宫廷上，汉武帝当面指责楼兰王助匈奴攻汉。楼兰王却说：“一个小国处在两个大国之间，不两头讨好怎么能生存下去?我并不想这么做，只要能把楼兰国的臣民全迁到玉门关以内，便能根绝此事。”汉武帝很欣赏楼兰王的直言不讳，也认为那确实是实情，就没有责罚楼兰王，放他回楼兰了。此后，楼兰便公开实行等距离外交，汉、匈奴谁也不得罪，可这样一来，匈奴再也不信任楼兰王。实际在“诸引弓之民”中，楼兰确实与乌孙、车师等部落王国有所不同。
贰师将军李广利以三四年的时间，终于抵达大宛都城，大宛杀其王降汉，并献出数十匹汗血马。又过了几年，楼兰王去世，国人求汉让他们的质子回国即王位。但这位质子在长安时触犯了汉朝法律，被处以宫刑，当然不能再回楼兰继承王统了。从此，楼兰与汉朝关系就日见疏远，又开始受匈奴指使，一再遮杀汉朝使节。
冒险家傅介子
汉昭帝继位，大将军霍光柄政。霍光之兄霍去病是对匈奴作战的统帅，曾有“匈奴未灭，无以为家”的豪言壮语。霍光当权后，很快就采纳了平乐监丞傅介子打击西域的楼兰等国，以削弱匈奴势力的建议。
傅介子原来也曾是汉朝出使西域各国的使者之一，对西域的楼兰、龟兹等王国以两面讨好态度对待汉朝使团，有较真切的感受。他最初建议，派自己出使龟兹，以便刺杀龟兹王，作为对亲匈奴者的惩戒。但霍光却说：“龟兹路比较远，先在楼兰试试效果如何再说。”以此也可以看出，楼兰在汉朝的西域战略中占有优先的地位。傅介子说走就走，很快就到达了楼兰王都。
此行他的公开身份是赏赐西域各国的特使，除了卫士，还携带了大量金币丝绢。一开始，楼兰国王安归没有亲自接待傅介子，对他比较冷淡。他故作受了冷落而要离去的姿态，率随从离开王都西行。到达楼兰西部边界时，他却特意对送行的楼兰国译员说：“皇帝派我以黄金锦缎遍赐西域各国。既然你们的国王不亲自来接受这些赏赐，我只有到其他国家去了。”说完，故意让译员见到了所带的金币。译员立即向国王报告此事，国王马上赶来见傅介子。傅介子设宴款待国王，在宴席前还陈列着那些黄金丝绸。大家都喝得醉醺醺的，傅介子说：“天子让我私下里跟你谈点事。”楼兰王还以为有什么好事，就随傅介子进入帐篷中屏退左右谈话。刚进帐篷，两个埋伏好的壮士从楼兰王的背后行刺，利刃穿胸，楼兰王立即死去。楼兰王带的亲信仆从吓得四散奔逃，傅介子当场宣布：“楼兰王安归对汉朝负有罪行，常受匈奴指使，遮杀汉朝派赴西域的使节，汉使安乐等三人都为其所杀，还杀了安息、大宛等国派赴汉廷的使节，盗取了使节印信及贡品。天子派我来处死有罪的楼兰王，并立在汉作质子的楼兰前太子为新的楼兰王。汉朝大兵已至，谁敢轻举妄动，就会遭到灭国之灾!”于是傅介子持楼兰王安归的首级回到长安，受到汉昭帝嘉奖，将楼兰王首级悬于北阙，封傅介子为义阳侯。