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就在龟兹王建攻取疏勒的同时，东汉政府已基本完成了中原的统一，开始着手北御匈奴，进取西域。永平十六年（73），东汉政府四路出兵击匈奴，其中窦固、耿忠率1.2万骑出酒泉、敦煌到达天山东部，大败匈奴呼衍王，追至蒲类海，取得伊吾卢，置宜禾都尉，屯田驻守，控制了今伊吾、哈密、巴里坤一带。永平十七年（74）窦固、耿忠与耿秉、秦彭合兵，出伊吾卢，征车师后部。车师后部王安得率部降汉，消，息传到车师前部，前部王不战而降，东疆一带包括今伊吾、哈密、巴里坤、木垒、奇台、吉木萨尔、阜康、米泉、昌吉、呼图壁、玛纳斯、鄯善、吐鲁番、托克逊、乌鲁木齐等都归东汉，这就切断了匈奴与西域的联系。同时，窦固约乌孙共抗匈奴。至此，东汉政府从北线包围了匈奴死党龟兹和焉耆。
  为配合北线，彻底孤立龟兹和焉耆，窦固决定派班超出使西域，争取塔里木盆地南沿诸国，形成对龟兹、焉耆的全面包围。班超与郭恂率吏士36人首先到鄯善，杀匈奴使者，鄯善汉广率众降汉叛匈，并纳子为质。一路过关斩将，驰赴于阗，于阗臣属。继西进疏勒，以迅雷不及掩耳的手段劫缚匈奴贵族在疏勒的代理人兜题，立原疏勒王兄子忠为疏勒王，疏勒上下无不欢迎。
  永平十七年（74），东汉政府任命陈睦为西域都护，暂住焉耆；郭恂为副校尉，统兵随都护；耿恭为戊己校尉，率数百人屯车师后部金满城；关宏为己校尉，率数百人屯车师前部柳中城；命军司马班超率数百人驻疏勒磐橐城。命窦因、耿秉所统之西征军撤回中原。
  匈奴贵族决不甘心于失败，乘东汉大军撤走之际，即于永平十八年（75）勾结亲匈的龟兹、焉耆统治者杀死都护陈睦，同时派匈奴军队与车师军队一起分头围攻柳中城和金满城的汉屯田军，迫使撤回内地。班超也在章帝初立的错误决定下，奉召回朝。由于疏勒、于阗人民的恳留，班超重返疏勒，此时疏勒已被龟兹降伏，班超到疏勒，斩主张投降的疏勒贵人及仆从，疏勒复安。班超为惩罚龟兹，于建初三年（78）发疏勒、康居、于阗、拘弥兵1万人，攻占龟兹属国姑墨。
  班超义无反顾地连续出击，不但斩断了龟兹王建的称霸梦想，而且迫使匈奴连续丢失疏勒、姑墨等战略要地，引起匈奴及国内急欲称霸的贵族不满，在匈奴的授意和支持下，龟兹贵族废黜了建的统治，另立龟兹贵族尤利多为龟兹王。
  建初三年（78）前后，尤利多登上龟兹王宝座，竭尽全力为匈奴分裂势力和龟兹亲匈贵族服务，集中全力反攻班超军，夺占了姑墨。《后汉书·班超传》载：“且姑墨、温宿二王，特为龟兹所置，既非其种，更相厌苦，其势必有降反。”
  尤利多攻占姑墨后，即派人至莎车、疏勒，试图动摇班超的抗匈基地，复建霸业。莎车首先响应，举兵降龟兹；接着疏勒都尉番辰也率部降龟兹。
  建初五年（80），东汉政府派假司马徐干率千人赴疏勒支援班超，班超与徐干奋力击番辰，大破其中，斩首千余级，章帝采纳班超联络乌孙合力攻龟兹的建议，派卫侯李邑护送乌孙使者，赐乌孙昆弥众贵族以锦帛，以达联合目的。
  李邑至于阗，恰逢龟兹攻疏勒，围班超和徐干，因而恐惧不敢前，章帝严厉批评李邑，命令他听班超指挥。元和元年（84），复遣假司马和恭等人将兵800至疏勒，听命于班超。班超发疏勒、于阗兵合力攻莎车，莎车孤立，“莎车阴通使疏勒王忠，啖以重利，忠遂反从之，西保乌郡城”（《后汉书·班超传》）。
  此时，班超兵单势孤，仍然镇定自若，发扬大无畏精神，依靠疏勒、于阗等地少数民族人民，汉朝政府也派去少数支援部队。他运用智慧，首先发于阗诸国兵2.5万人进攻莎车。莎车王齐黎急向龟兹求援，尤利多鉴于莎车的战略地位，即派左将军檄调姑墨、温宿、尉头兵5万往救。但在班超的巧妙战术运用下，终于以少胜多，攻灭莎车。尤利多惨败后，只好回守本土。随后班超即立疏勒府丞城大为疏勒王，组织进攻叛汉投匈的乌即城，活捉忠，疏勒安定。
  永元二年（90），匈奴失势。东汉政府派窦宪北击匈奴，匈奴失败。
  尤利多在莎车、匈奴、车师相继降汉后，自知称霸梦破灭，走投无路，即于永元三年（91）率姑墨、温宿、尉头属国降汉，班超即以曾为汉廷侍子的白霸为龟兹王。《后汉书·班超传》载：“废其王尤利多而立白霸，使光（司马姚光）将尤利多还诣京师。”东汉政府任命班超为西域都护，徐干为长史，都护府暂设在龟兹东面的它乾城，徐干屯田于疏勒，另建车师屯田。
  从公元46年起，由于东汉初建，难于顾及西域，匈奴残余势力乘机进行分裂活动，进驻龟兹为根据地，把龟兹王族绑在战车上，直到公元91年白霸登位止，共经历45年的战乱岁月。在这段纷乱的灾难时期里，龟兹社会经济遭到严重破坏，也妨碍了龟兹地区商业贸易的发展。