并命郑吉护鄯善(今罗布泊一带)以西南道，即统管天山以南各地，建立西域都护府。不久以后，匈奴发生内乱，理应继承单于位的日逐王先贤掸被人篡权后又遭排挤，于神爵二年(前60年)秋率万余众投附汉王朝，汉派遣郑吉迎接日逐王，并封其为归德侯。匈奴势力退出西域，匈奴的“僮仆都尉”自此而罢，自楼兰经车师前部的西域北道得以畅通。

公元前60年，为了管理统一后的西域，西汉在乌垒城(今轮台县境内)建立西域都护府，正式在西域设官、驻军、推行政令，开始行使国家主权，这就是《汉书·郑吉传》中所称的“汉之号令班西域矣!”西域从此成为我国领土不可分割的一部分，西域都护府也成为重要的机构。

汉宣帝任命郑吉为第一任西域都护府的西域都护。西域都护府的西域都护是汉王朝中央政府派遣管理西域的最高军政长官。其级别相当于郡太守，每年的俸禄是二千石粮食。其属官有副校尉、丞各一人;司马、侯、千人各二人。都护的职责是统辖西域诸国，管理屯田，颁行朝廷号令，诸国有乱，得发兵征讨。

自郑吉为西域都护至西汉末，前后任西域都护者18人，姓名见于史册的有10人，除郑吉外，还有韩宣、甘延寿、段会宗、廉褒、韩立、郭舜、孙建、但钦、李崇等。公元前48年西汉政府在车师置戊己校尉，其基本职责是屯田积谷。戊己校尉受西域都护节制。西域都护所辖西域各国的国王及主要官员，由汉王朝赐予印绶。

据《汉书·西域传》载，西域都护统辖西域诸国有48国，“自译长、城长、君、监、吏、大禄、百工、千长、都尉、且渠、当户、将、相至侯、王，皆佩汉印绶”共376人。考古工作者曾在今阿克苏地区的古城中发掘出一枚西汉时期曾任西域都护的李崇的印，还发现一枚“汉归义羌长”铜印，即汉朝颁授西域首领的官印。这些都反映了西汉在西域设官置守、任命各级官员的情况。

中国汉代西域都护府，始设置于公元前1世纪。西汉时都护为加于其他官号上职称，多以骑都尉领其职、秩比二千石;东汉时期为单任官职。时期西汉时，都护治乌垒城(今新疆轮台东北)，和渠犁田官相近，屯田都尉属都护，都护开幕府。都护职在统领大宛(今中亚费尔干纳盆地)及以东城郭诸国兼督察乌孙(伊犁河流域)、康居(今锡尔河中游地带)等行国，颁行朝廷号令;诸国有乱、得发兵征讨。

到新莽末年(公元23年左右)，西域乱、都护李崇没于龟兹、遂罢都护。东汉光武帝建武21年(公元45年)、西域18国请复置都护、光武帝不许。明帝永平17年(公元74年)，始以陈睦当都护。次年，焉耆、龟兹叛，共攻杀陈睦，遂罢都护。和帝永元三年(公元91年)，将兵长史班超平定西域，遂以班超为都护，驻龟兹境它乾城( 今新疆库车附近 ，其址未详 )。14年，班超还洛阳 ，继任者有任尚和段禧 。安帝永初元年安帝永初元年( 107 )，西域乱、征禧还、自此不复置都护 。至延光2年(123)、以班勇为西域长史、复平西域、遂以长史行都护之职。