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永建三年（127），在西域诸城邦国的支持下，班勇为东汉统一了西域。此后，不再设置都护府和西域都护，而置西域长史代行都护职务。西域长史置府，谓西域长史府，仍作为统辖西域的最高行政长官。原有的戊己校尉也置府行事，在行政上隶属于西域长史，但又有相对的独立性，其职责主管东汉政府在西域的屯田事宜。期间，西域诸国遣使纳贡、入质的记载较多。
  在西域长史领导下，为维护统一所做的努力实例颇多。
  《后汉书·西域传》载：永康六年（126）班勇“率后王农奇子加特奴及八滑等，发精兵击出北虏呼衍王，破之”。建宁元年（168，）“疏勒王汉大都尉于猎中为其季父和得所射杀，和得自立为王。三年（170）凉州刺史孟，佗遣从事任涉将敦煌兵五百人，与戊己司马曹宽、西域长史张宴将焉耆、龟兹、车师前、后部，合三万余人讨疏勒”，以制止其政变活动。
  龟兹与东汉保持密切联系，积极给予支持，为统一、为西域的社会安宁做出了贡献。
  黄初元年（220），东汉政府在人民大起义中灭亡，在其废墟上崛起了魏、蜀、吴三国。魏国占据黄河流域绝大部分土地，经济实力较雄厚，又“挟天子以令诸侯”，威慑各地，西域诸国都表示接受曹魏政权的领导。魏应诸国请求，仿效两汉，在西域设官职守，仍置西域长史和戊己校尉。《三国志·魏志》载：“魏兴西域，虽不能尽至，其大国龟兹、于阗、康居、乌孙、疏勒、月氏、鄯善、车师之属，无岁不奉朝贡，略如汉氏故事。”曹魏政权对西域诸大国之王，均委以魏侍中、大都尉之职，并发给印绶，龟兹王也不例外；西域使臣到来，一律给予优厚赠赐。《三国会要·崔林传》载：“龟兹王遣侍子来朝，朝廷嘉甚远至，褒赏其王甚厚。余国各遣子来朝，间使连属。”
  咸熙二年（265），司马炎取代曹魏，建立晋朝，包括龟兹在内的西域诸国即与晋朝建立了臣属关系。晋王朝仍在西域设西域长史和戊己校尉，西域长史驻节罗布泊之海头，戊己校尉屯田于高昌，对龟兹、于阗、焉耆等一些西域大国的国王，均授予“晋侍中、大都尉、奉晋大侯、亲晋”等官职。太康六年（285）“龟兹、焉耆遣子入侍”。太康七年（286）十月，“焉耆、龟兹国遣子入侍”。
  西晋末年，河西凉州由张轨建立了前凉王朝。西晋于晋兴四年（316）灭亡后，由司马睿建立的东晋迁往江南，距西域路途遥远，因而西域诸国就把前凉作为联系对象。前凉统治者张骏派其长子太怀为使持节镇西将军，统管西域事务。龟兹在前凉末年，仍“遣使贡方物于张重华”。