後來又經過數次大規模的軍事征戰，漢王朝徹底控製了西域，同時也打通了東西方的貿易通道——絲綢之路。
絲綢之路的開通刺激了位於絲綢之路咽喉地位的樓蘭古國的經濟繁榮和發展，樓蘭王國迎來了自己的全盛時期，東起古陽關，西到尼雅河畔，南至阿爾金山，北到哈密一帶。
由於國力逐漸強大，樓蘭國的野心慢慢膨脹起來。樓蘭王安歸與匈奴勾結，不斷地在絲綢之路上劫殺漢使，漢朝大將軍霍光便派傅介子前往西域刺殺安歸。傅介子帶著刺客來到樓蘭，假稱要賞賜安歸金幣。安歸大喜，應邀與傅介子一起飲酒，傅介子有意灌醉安歸，將其扶到屏風後，命兩名刺客殺了安歸。左右王公貴族見狀紛紛逃散。傅介子立即昭告樓蘭國民：“安歸王對漢朝犯下了死罪，天子派我來殺掉他，現在漢朝的部隊已趕到，改立在長安納為人質的安歸的弟弟尉屠焉為新國王。”
就這樣，傅介子斬下安歸的首級，派快馬送回長安，懸於長安未央宮北門下示眾。
平定樓蘭之亂後，漢昭帝即詔立尉屠焉為新王，並改樓蘭國名為鄯善，授予國印，賜宮女為妻及大批車馬和輜重。尉屠焉繼位後，於公元前77年將國都從羅布泊北岸的樓蘭故都（方城）遷到泥城（今若羌縣城），漢朝在泥城以東的伊循城（36團米蘭遺址）也設立了伊循都尉。此後樓蘭故都沒有再發展，估計隻有原王室貴族仍居住在這裏。從2003年樓蘭貴族墓的發掘，證明這一推測。
神秘莫測的“太陽墓葬”
上個世紀八十年代，考古學家在距孔雀河數裏的地方，發現了 “樓蘭王國”的神秘墓葬。該墓葬不惜以大量樹木為代價而建造，每座都是中間用一圓形木樁圍成的死者墓穴，外麵用一尺多高的木樁圍成7個同心圓圈，木樁由內而外，粗細有序，並組成若幹條射線，呈太陽放射光芒狀。木徑最粗的達30餘厘米。整座墓地遠遠望去，井然不亂，蔚為壯觀，就如一輪古老滄桑的太陽，鑲嵌在戈壁荒原上。由此，人們稱其為“太陽墓葬”。
經碳14測定，太陽墓已有3800年之久，“太陽墓”外表奇特而壯觀，很容易讓人產生各種神秘的聯想。它是哪個民族哪個部落的墓地？為何葬在這裏？是把太陽當作圖騰建造此墓還是有別的意義……墓葬木樁的主要功能是什麼，他們為什麼要擺出如此圖案呢？
有學者推測，這是由於樓蘭人的“太陽崇拜”。可是這個說法引來了置疑，如果古樓蘭人崇拜太陽，就應將墓主人仰身直肢麵向東方，而事實上，墓主人卻朝著西方。
可如果此圖案不是在象征太陽，那麼它又代表著什麼呢？“樓蘭王國”的先民們，為什麼要在大漠中建造如此大規模的墓葬呢？從古至今，人們對此依然未解。
聞名世界的“樓蘭美女”便是在這裏重見天日的。當考古工作者在這些太陽墓葬裏發現一具保存完好的女性木乃伊時，大家頓時都驚呆了。“她”麵目清秀，深目微閉，從膚色來看像是白種人，牙齒、毛發、指甲都保存完好，仿佛正在熟睡中。在此之前，人們從來沒有真正見過樓蘭人的樣子。但是今天她讓我們目睹了古樓蘭人的風采。“樓蘭美女”的出現在人們想象之中，也許是金發碧眼，也許會風情萬種……總之一定是賞心悅目，這具女屍的發現沒有讓今人失望。好事的日本人為她做了一件複製頭像，一時間，“樓蘭美女”的稱謂響遍世界，令這個消失的國度更具神秘與浪漫的色彩，全世界似乎都開始關注樓蘭，曾經在這裏生活的到底是些什麼人呢？
直到1979年考察隊在樓蘭遺址附近發現了一些外形特殊的古墓，以這些謎團才有了一點點突破。
這座墓中的死者有的衣著完整，頭戴尖氈帽，帽頂還插了幾根繩。這種奇特的服飾令考古學家們為之振奮。經仔細研究，發現這些死者的體貌特征雖然都比較相似——屬於的古歐洲人種，與現代北歐人很相似。隨後在樓蘭古城東郊出土的東漢墓裏又出現了5具歐洲人種遺體。在使用了現代手段的毛發成分測定後，研究人員得出結論，這些人應該是來自東地中海的民族。