《史记·大宛列传》记载，匈奴使持单于信，每到一国，该国必笑脸相迎，周心招待，送往迎来，端吃送喝，更不敢阻留使者。汉使则不然，他们必须付钱才能吃饭，不买马不能有乘骑。这可让堂堂大汉朝感到奇耻大辱，因此决心震慑一番。于是，汉武帝于太初元年、三年（公元前104年和公元前102年），连续两次派遣大舅子李广利率领属国骑兵及郡国恶少数万人，远征大宛，杀其国王，夺其宝马，大获全胜。其所至小国，没有不郊迎几十里，衣食款待的。李广利凯旋路上，各小国闻听大宛城破，都忍痛派自己的儿子跟随汉朝军队，回见天子，以自己儿子为人质，希望与汉朝和平相处。此次远征大宛给汉朝挣足了面子。史称“既诛大宛，威震外国”。
不仅如此，模仿当年冒顿单于写信给汉文帝，汉武帝此时也下诏给匈奴单于，扬言要与匈奴算总账，复高帝平城之恨，报吕后逆书之仇。匈奴此时也多少感到些畏惧，忙回书以儿子自居，要像伺奉老丈人一样侍奉汉天子。
大宛之征，不仅宣扬了汉朝的国威，而且间接教训了西域以及匈奴，也增加了汉朝打仗的勇气与信心。但是，仍然要看到不管是破姑师，还是征大宛，都没有直接与匈奴交手，匈奴在一定程度上示弱于汉朝也不代表不堪一击，匈奴依然是汉朝的心腹大患。因此想方设法遏制匈奴的扩张，或者在可控制的范围内建立防御匈奴的根据地成为当务之急。楼兰和姑师因此再次进入了汉朝视线之中。
楼兰在南部，距离匈奴较远，且匈奴与楼兰接触必须经过阳关、玉门关，因此汉朝对楼兰并不在意。车师则不同。车师位居天山北部，距离匈奴较近，而且匈奴进入车师毫无阻挡，中间没有汉朝的据点，因此，要扼制匈奴向西扩张，防止其控制丝路，就必须占领车师。双方都认识到了车师的特殊性，一场战争不可避免。可是让人没有想到的是，这场战争却持续了将近四十年，可怜车师前国无缘无故却成了一片焦土，到东汉时，人口已经减少到三分之一。
1.一争车师：轻敌的教训
武帝天汉二年（公元前99年），汉开始第一次与匈奴争夺车师。此次车师之争汉朝还是很重视的，预期分两步走，首先出击匈奴后方主力，分散其救援车师的能力，然后派另一路出击车师。贰师将军李广利、因杅将军公孙敖、强弩都尉路博德、骑都尉李陵先后奉命伏击匈奴后方，以期达到牵制匈奴的目的。汉军人员配备倒是非常优秀，不料结果却令人失望。李广利因为轻敌，先胜后败；公孙敖、路博德竟然根本没见到匈奴的影子就无功而返；李陵倒是挺勇猛，亲提五千步兵，深践戎马之地，足历匈奴王庭，与单于连战十几天，杀得倒不少，但毕竟兵少敌多，战败自不必多言。汉军牵制匈奴的目的没有达到。
另一路是由匈奴降汉的开陵侯介和王统率，就近率领楼兰国兵攻打车师。由于前一路的失利，因此当介和王攻打车师时，匈奴右贤王马上率领数万骑兵驰援。由于匈奴大兵压境，再加上李广利等人的失利，介和王稍与匈奴遭遇，便知难而退了。车师仍在匈奴之手。
2. 二争车师：联合的胜利
武帝征和三年（公元前90年），汉朝发起了二争车师战役。同上次的作战方针类似，争夺车师仍分两步走。一方面派三路大军攻打匈奴以牵制其入援车师，另一方面就近利用归附之国兵攻打车师。战争开始之前，汉朝先遣在长安为质的西域危须、尉犁、楼兰等六国子弟回国，以示信任。武帝同时派出三路大军共十三万步骑兵征伐匈奴，分别为贰师将军率七万步兵出五原；御史大夫商丘成率二万兵发西河；重合侯马通率四万骑兵出酒泉。前两路负责出击牵制匈奴，后一路的主要任务是阻截匈奴救援部队。
果不其然，重合侯所率大军至天山时遭遇匈奴大将偃渠与左右呼知王，其部队人员也不少，据称有二万余骑兵。不过，匈奴见汉军兵强马壮，没有出战就引兵回去了，所以重合侯此次并没有什么收获，不过这不代表重合侯是废柴一块。匈奴偃渠大将可能就是去救援车师的，但是碍于重合侯阻挡，匈奴决定放弃车师。开陵侯所率的六国兵因此顺利拿下车师。可能汉朝并没有想到如此顺利就拿下了车师，按计划，如果开陵侯拿不下车师，重合侯马通需要南下增援，以攻取车师，因此重合侯虽此役无获，但作用不小，这也是吸取了上次的教训。
负责攻打车师的主帅和上次一样是开陵侯介和王，率领的仍旧是楼兰等六国联军，这些军队都是由从长安归国的质子率领。数万军队围攻车师，不辱使命，活捉了车师王。
这次争夺车师，由于战前做了充分的准备，取得了胜利，然而并没有熄灭车师战火。
3.三争车师：大汉亲家的哀求
二争车师之后，车师臣属汉朝。但是汉朝并没有意识要在车师做长期的经营。因此，拿下车师后并没有在当地驻军，这下可便宜了匈奴。匈奴见汉朝攻下车师后作甩手掌柜，便派遣四千名骑兵到车师屯田。好不容易拿到手的车师就这样又拱手送还了匈奴。此时的汉朝竟然并不知道自己已丢失了车师，直到乌孙王上书求救才了解情况，情报工作不是一般的差劲。乌孙为什么要向汉朝上书求救呢？
原来，当年贰师将军远征大宛凯旋之时，乌孙王昆弥遗重金聘汉公主，以求友好。汉朝也同意和亲，于是双方结下互帮互助的不成文盟约。昭、宣之际，汉朝出兵攻打乌桓，威震匈奴，匈奴恐惧，遂遣使到乌孙，欲取乌孙王昆弥的妻子即汉公主为质，以威胁汉朝，乌孙当然不肯，匈奴于是大肆攻掠乌孙。负责攻掠乌孙的便是匈奴与车师的联军。
昭帝末年，乌孙解忧公主上书向娘家求救，由于当时是汉朝在西域政策的回缩时期，因此汉朝并没有出兵，直到宣帝即位，乌孙王昆弥再次上书：“我国连年受到匈奴的侵略，经济受掠，国土沦丧。昆弥我愿出全国一半的兵力，马五万匹，拼死与匈奴决斗，希望皇上出兵，救救我的妻子！”
本始二年（公元前72年），汉朝终于挺直了脊梁，派出五路大军进攻匈奴。御史大夫田广明为祁连将军率四万余骑，出西河；度辽将军范明友率三万余骑，出张掖；前将军韩增领三万余骑，出酒泉；云中太守田顺为虎牙将军，领三万余骑，出五原。总共十余万骑兵，出塞各二千余里，希望能重挫匈奴。与前几次类似，不仅有汉军出击，西域附国也需要出兵策应。汉宣帝派遣曾同苏武一起被匈奴扣留十余年的常惠“持节护乌孙兵”，乌孙王昆弥亲自率领五万余骑从西方进攻匈奴。
匈奴听说汉朝五路大军来攻，赶紧携家带口，赶着牛羊，远远地逃遁，所以此次虽劳师动众，却依旧少有收获。不过西路乌孙大军却情况不同。西路军直趋匈奴右谷蠡王庭，擒获匈奴单于部分家眷，及各王骑将以下三万九千多人，得牛、马、驴、驼五万余匹，羊六十万头，如此多的战利品全部归了乌孙。
此次出击匈奴，汉军劳师远征，虽然收获不多，但也重重地挫伤了匈奴的气焰，特别是乌孙的西路军对匈奴打击很大。匈奴为报此役之仇，整军出击乌孙。可惜天公不作美，进攻之日，弥天大雨，人民畜产冻死，没有打仗，伤之就已很严重，四方之邻趁机落井下石，丁零攻其北，乌桓入其东，乌孙击其西，三国共杀死匈奴兵万余人，马数万匹，牛羊更是不可胜数。再加上饿死的、冻死的，百姓还剩十分之三，畜产还剩十分之五，匈奴从此大为削弱。相应的，中国北方边境安稳了一些，外部压力减轻了许多。因此表面上虽然收获甚小，但从战略上看意义还是非常重大的。
另外，此次出兵匈奴的另一个收获是匈奴派驻车师屯田的骑兵受惊退走，车师再次被汉朝控制。因为此役起于匈奴、车师共击乌孙。车师之所以和匈奴狼狈为奸，主要是匈奴屯田骑兵四千余人驻在车师，车师不敢不从。此役之后，车师王知道惹了大祸，赶紧负荆请罪，重新投入大汉怀抱。
4.四争车师：初步经营的尝试
匈奴利用西域远离中原，屡次在汉朝拿下车师后又重新控制该地，只有进行有效的控制，才能免于这样重复的拉锯，于是在三争车师后，汉朝决定在车师屯田，备守车师。
在三争车师之后，匈奴的屯田卒惊走，车师自然不敢和汉朝对抗，于是再次与汉朝交通。匈奴听说车师与汉交好，大怒，意图召车师王太子军宿为质，以此威迫车师。军宿不仅是车师王的太子，还是焉耆王的外孙，身为贵胄，军宿当然不愿作为人质在匈奴受苦，于是干脆一走了之，跑到他外公家去了。车师王于是另立乌贵为太子，可能是出于“道义”，匈奴没有再提要太子做人质的要求。已经逼走人家一位太子了，不能太过分了吧。
乌贵也许是出于感激，感激匈奴逼走了前任太子；感激匈奴没有要求自己做人质押在匈奴，也许匈奴在乌贵身上下了不少工夫，软硬兼施，威逼利诱，总之，乌贵是亲匈奴的。所以乌贵当上车师王后，立马与匈奴结为婚姻，再次阻断汉与乌孙的交通。
同前几次不同的是，此次汉朝出兵的目标不是匈奴，而直接指向车师。宣帝地节二年（公元前68年），汉朝派遣侍郎郑吉，校尉司马熹攻车师。此次出击不用大老远从中原运输粮草，而是将一些罪犯迁徙到渠犁屯田种粮，到了秋天粮食收获后，郑吉、司马熹征发西域诸附属国兵一万余人，再加上屯田士卒一千五百余人共同出击车师，很快攻下了车师交河城。城虽破，却没有捉到车师王。此时粮草已尽，毕竟屯田所得有限，于是郑吉等撤出交河城，再次回到渠犁屯田，等来年秋收毕，再次进攻车师。
地节三年（公元前67年）秋收完毕之后，郑吉再次出兵，惧于上次汉军的攻势，车师王闻风丧胆，听说汉军又要来攻，马上北上匈奴求救。匈奴不肯出兵，车师王只好空手而回，与国中贵人苏犹商议对策。想来想去，只有投降才能有出路，但是如何能让汉军知道不是诈降？苏犹教王先取匈奴的边国小蒲类，以此向汉朝献城投降，随后又击破尾随汉军后至的金附国，终于让郑吉接受了自己的投降。
虽然匈奴没有应车师王要求解救车师，但是却不允许车师投降。当得知车师投降汉朝后，匈奴立即发兵攻打车师。此时敌我关系已经发生变化，车师既已降汉，当匈奴大军来到时，汉军自然挺身而出。郑吉、司马熹领军车师北待匈奴，匈奴见汉军严阵以待，没敢继续向前，转而退回。匈奴兵退回后，郑吉、司马熹留了二十几个人在车师，便转回渠犁屯田去了。
汉军离开了车师后，车师王坐卧难安，唯恐匈奴哪天不速而来，那时就怕性命难保，于是三十六计走为上计，车师王单枪匹马轻骑投奔乌孙去了。郑吉担心车师王耍什么把戏，那到手的鸭子——车师也就飞了。于是，立马赶到车师，把车师王的妻儿老小迎到渠犁以防万一。车师王投奔到了乌孙，乌孙当然不敢忤逆汉朝，赶紧上书朝廷以防出现误会，希望留下车师王，理由是匈奴如若攻击车师，车师王可遣兵，乌孙可从西边进攻匈奴，以解车师之急。汉朝以为合理，便答应了乌孙的要求。
但是车师国不能没有国王呀，于是汉朝就召了原车师太子、焉耆外孙军宿来主持国事，立为车师王。
这边郑吉处理完了西域事务，要把这一阶段情况当面向朝廷汇报一下。郑吉才走到酒泉，朝廷诏书就到了，让他回去继续屯田渠犁。另外，在车师也开始屯田，种田积谷，以安镇西域，防备匈奴。郑吉于是从酒泉又折回渠犁。他断定车师王不再有什么不良企图后，便派人把车师王的妻儿老小护送到长安。汉廷恩遇车师王家属，每次朝会四方属国，都会显示对他们的尊宠。之后汉廷又派遣吏卒300人屯田车师。
5.五争车师：如坐针毡后的放弃
四争车师后，汉朝得到了车师，虽也有意保有车师，在车师屯田，但终没有下决心经营车师，只派遣田卒300人屯驻，这支小队伍如何能抵挡得了匈奴大军？五争车师不可避免。
匈奴曾在二争车师之后，在车师屯田，深知屯田的好处，当得知汉朝有屯田卒在车师时，匈奴单于、大臣都认为，车师土地肥美，又与匈奴接近，如果汉朝得了车师，肯定会增加屯田卒，积累田谷后，一定会对匈奴不利，所以一定要把车师夺回来。于是单于派遣骑兵袭击了车师屯卒。郑吉得知后，把渠犁1 500多名的屯田卒尽数拉到了车师。匈奴见汉军增多，也加大袭击力度。那1 500多人如何抵挡得了匈奴，只能退守城中。
匈奴大将走到车师城下对郑吉说：“不要再在车师屯田了，我们单于必得此地，识相的就走吧！”围车师城数日，随后解围而去。后来时不时地派数千骑兵来围车师。郑吉苦于匈奴围城，反复考虑车师的形势后，深感车师兵力不足，遂向朝廷上书：“车师远离渠犁有一千多里，中间又有河山阻隔，北面靠近匈奴，在渠犁的汉兵远不足以救车师，所以恳请朝廷多增屯车师之田卒。”郑吉的上书在朝廷中引起热议，最后大家一致认为，车师远离中原，道远则费用多，可以罢了车师的屯田。随后朝廷派遣长罗侯常惠率领张掖、酒泉骑兵出车师北一千多里，在车师旁向匈奴耀武扬威了一番。匈奴见汉军声势浩大，便解围而去。郑吉见匈奴人退去才从城中出来，回到渠犁继续屯田。