前秦滅前涼後，雖已名義上接管西域，但因北方初定，局勢擾攘，尚無暇顧及西域，故沒有委任官員和派遣軍隊進駐西域。時任涼州刺史的梁熙曾於建元十四年（378)派使者至西域諸國，贈以繒彩，宣揚國威並招引西域十餘國先後遣使貢獻方物。大宛等國“獻天馬千裏狗，皆汗血、朱鬣、五色、鳳膺、麟身，及諸珍異五百餘種”。後“鄯善王、車師前部王來朝，大宛獻汗血馬，肅慎貢楛矢，天竺獻火浣布，康居、於闐及海東諸國，凡六十有二王，皆遣使貢其方物”。盡管如此，西域各國仍處於各自為政狀態。如“獪胡”、龜茲自恃強大，不願入朝納貢。這種現狀說明西域諸國並未真正臣服前秦。
隨著前秦政局的穩固，已是“士馬強盛，遂有圖西域之誌”。建元十八年（382)秋，“車師前部王彌寘、鄯善王休密馱朝於堅，堅賜以朝服，引見西堂。寘等觀其宮宇壯麗，儀衛嚴肅，甚懼，因請年年貢獻。堅以西域路遙，不許，令三年一貢，九年一朝，以為永製。寘等請曰：‘大宛諸國雖通貢獻，然誠節未純，請乞依漢置都護故事。若王師出關，請為鄉導。’”於是，苻堅任命呂光為持節都督西討諸軍事，率將軍薑飛、彭晃、杜進、康盛等總兵七萬，鐵騎五千，於建元十九年從長安出發，西征西域。當年六月，呂光大軍進駐高昌，接著過流沙，直接進擊焉耆、龜茲。焉耆王泥流麵對大軍壓境，不戰而降。但龜茲王帛純卻遷民入城，拒不歸順，反而重金請來尉頭、溫宿等諸國軍隊，“合七十萬”之眾，欲內外夾擊呂光。呂光“遷營相接，按陣為鉤鎖之法”，使諸國軍隊無法衝開。八月，呂光在城西大敗聯軍，攻陷龜茲國都延城，龜茲王帛純出逃，其餘諸國“王侯降者三十餘國”。接著，呂光“撫寧西域，威恩甚著，桀黯胡王昔所未賓者，不遠萬裏皆來歸附”，西征大獲全勝，西域初步平定。苻堅遂封呂光為使持節散騎常侍，都督玉門以西諸軍事、安西將軍、西域校尉，負責西域防務。
苻堅命呂光西征西域，除了溝通西域以“化被昆山，垂芳千載”和“示以中國之威，導以王化之法”外，還有一個原因，就是為了將逗留龜茲的“大德智人”、天竺高僧鳩摩羅什迎至長安，以弘佛法。呂光平定西域後，欲久留西域，鳩摩羅什認為“不宜掩留，中路自有福地可居”，力主呂光東返，“徙軍隴上”。於是，呂光於太安元年（385)春，從龜茲出發，攜戰利品“詑二萬餘頭，致外國珍寶及奇伎異戲。殊禽怪獸千有餘品，駿馬萬餘匹”率軍東歸。後“群議以高昌雖在西垂，地居形勝，外接胡虜，易生翻覆，宜遣子弟鎮之。光以子覆為使持節、鎮西將軍、都督玉門已西諸軍事、西域大都護，鎮高昌，命大臣子弟隨之”。進一步加強了對西域的管理。後前秦滅亡，呂光於389年建立後涼。
前涼滅亡後，河西地區又先後出現氐族呂光建立的後涼，鮮卑族禿發烏孤建立的南涼，漢族李嵩建立的西涼，匈奴族沮渠蒙遜建立的北涼等政權。這幾個政權或前後相繼，或同時並立，河西地區雖較內地相對安寧，但幾個政權間也難免互有攻伐，故在前涼之後，後涼、南涼、北涼與西域之間交往不多。唯與西域相鄰的西涼以及其後的北涼都曾與西域有關國家保持了聯係。
西涼（400~421)剛一建立，即派宋繇等“東伐涼興，並擊玉門以西諸城，皆下之。遂屯玉門、陽關，廣田積穀，為東伐之資”。這裏的“玉門以西諸城”當為伊吾至高昌郡所轄區域。西涼主李翯遷都玉門後，“鄯善、（車師）前部王遣使貢其方物”。建初元年（405)，李翯曾上表東晉雲：“西招城郭之兵，北引丁零之眾”，可知西域大部地區已為西涼控製。418年，東晉“高祖踐祚，以歆為使持節、都督高昌、敦煌、晉昌、酒泉、西海、玉門、堪泉七郡諸軍事、護羌校尉、征西大將軍、酒泉公”。吐魯番文書亦有“高昌郡高（昌）縣都鄉孝敬裏民韓渠妻……”的記載，表明西涼所轄至高昌一帶，與內地一樣設有郡、縣、鄉、裏機構進行管轄，這從一個側麵反映了西涼對西域諸國特別是高昌一帶實施了有效管轄。西涼遷都酒泉後，“鄯善、前部王遣使貢其方物”。可見，西涼與西域諸國保持了良好的關係。西涼亡後，北涼立即控製了高昌一帶，西域諸國紛紛歸附。於是，“鄯善王比龍入朝，西域三十六國皆詣蒙遜稱臣貢獻”。北涼也非常重視與西域的往來和交通，並在維護絲路新北道的暢通中，發揮了積極作用。
3.北魏對河西、西域的經營
北魏建立後，迅速強大並逐步統一北方地區。其時，北魏南有南朝政權和吐穀渾，北有柔然政權，而柔然強盛時地域廣袤，“西則焉耆之地，東則朝鮮，北則渡沙漠，窮瀚海，南則臨大磧”，成為北魏北方的勁敵。它兼並匈奴、高車，勢力深入到西域，“小國皆苦其寇抄，羈縻附之”。故控製河西、西域成為北魏削弱柔然勢力，隔絕柔然與南朝聯係的重要一環。故在魏太武帝滅北涼政權之前，北魏與西域的交往即已頻繁展開。據《魏書？太武帝本紀》記載，在太延五年（439)九月滅北涼政權前，北魏與西域的交往就有多次：
太延元年（435)二月，“焉耆、車師諸國各遣使朝獻”。五月，太武帝“遣使者二十輩使西域”。六月，“高麗、鄯善國並遣使朝獻”。八月，“粟特國遣使朝獻”。