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公元220年(黄初元年），曹丕称帝，都洛阳。魏承汉制，统有西域。公元221年(黄初二年），曹丕拜张恭为“西域戊己校尉”(《三国志•魏书•张恭传》)，进驻西域。同时，西域设有长史。楼兰木简有:“西域长史承移，今初除，月二十三日当上道，从上邽至天水。”据王国维先生考证，此简是新任长史承移给西域长史及部属的信件。说明二十三日他从上邽出发至天水了。
  汉时我国少数民族地区县一级行政单位称道。曹魏时西域设有20道，受西域长史和戊己校尉管辖，曹魏还在伊吾地区设置伊吾县，这是我国中央政府首次在西域设县。
  西域各国，如汉时一样，岁岁朝贡。《三国志•魏书•乌丸鲜卑东夷传》载：“魏兴，……龟兹、于阗、康居、乌孙、疏勒、月氏、鄯善、车师之属，无岁不奉朝贡，略如氏汉故事。”曹魏也派使臣去西域“抚劳之”。同时对当地首领进行册封，如车师后部王壹多杂就曾受魏封为“魏守侍中，号大都尉”。并“受魏印”。大月氏王被授予“亲魏大月氏王”。公元227年(太和元年）十月，“焉耆王遣子入侍”(《三国志·魏书·明帝纪》）。魏大鸿胪卿还命敦煌太守，依汉旧制，迎送西域使者，沿途免费供应食宿等，可见魏中央政府与西域的关系是正常而密切的。
  公元252年(嘉平四年），关中饥，宣帝欲广田积谷。乃采用邓艾兴水利、举屯田的建议，“令淮北二万人，淮南三万人，……自钟离而南，横石以西，尽沘水四百余里。五里置一营，营六十人”。垦荒种植，且屯且守。大兴水利，“上引河流，下通淮颖，……穿渠三百余里，溉田二万顷，淮南淮北，皆相连接，自寿春到京师，农官兵田，鸡犬之声，阡陌相属”(《晋书•食货志》)。连年大丰，府库充盈，曹魏之所以西征蜀国，称霸一时，粮饷充裕，兵强马壮，兴屯田乃是重要原因。
  公元265年，司马炎废除魏元帝曹奂，自立为帝，称晋武帝，建立晋朝，都洛阳。西晋与魏同，承汉制，在西域设长史和戊己校尉。
  西域长史驻楼兰(一说驻海头），戊己校尉驻高昌（今吐鲁番市境）。
  公元265年(曹魏咸熙二年)闰9月，康居、大宛的首领向司马炎献名马。还有焉耆、疏勒、龟兹、于阗等地的首领到西晋朝贡。公元275年、276年(晋咸宁元年、二年），鲜卑首领阿罗多举兵叛乱，被戊己校尉马循平定下去。到277年，西北的少数民族及鲜卑、匈奴的首领率众臣属于晋。
  公元280年(晋太康元年），车师前部王将自己的儿子送晋朝做侍子。接着鄯善王、龟兹王、焉耆王也先后向晋朝送子做侍子。晋中央政府也对西域各地首领进行册封。公元285年(晋太康六年），晋康帝派杨颢为使者，越葱岭，拜大宛蓝庾为大宛王。从民丰县出土的两块晋简中可以看出，鄯善王、焉耆王、龟兹王、疏勒王、于阒王都曾受封为“晋侍中、大都尉，奉晋大侯，亲晋”(《观堂集林.尼雅城北古城所出晋简跋》）。