天山山脈是既古老而又年輕的山系，具有復(fù)雜的地質(zhì)發(fā)展演變歷史。早在震旦紀(jì)期間，海陸分布已有比較明顯的輪廓。天山地區(qū)的震旦系相當(dāng)發(fā)育，從海相地層分布來看，海域北緣到準(zhǔn)噶爾古陸，海域南緣到塔里木古陸，其范圍十分遼闊，惟有在中天山地區(qū)出露前震旦系構(gòu)成的東西向延伸的隆起帶。但是，現(xiàn)代天山的形成經(jīng)過古生代、中生代直到新生代晚期的晚新世—第四紀(jì)早更新世強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動而定型。這反映了天山山脈地質(zhì)發(fā)展演變歷史的復(fù)雜性，也表明了它既古老而又年輕的性質(zhì)。
總體說來，古生代以前是古天山的孕育時期。天山山體的形成演化過程主要經(jīng)歷了3個大的發(fā)展階段，即古生代褶皺隆起階段、中生代和早第三紀(jì)剝蝕夷平階段晚第三紀(jì)和第四紀(jì)初的斷塊隆升階段。在各發(fā)展階段中，相對而言，第一階段以內(nèi)動力占優(yōu)勢，第二階段以外動力占上風(fēng)，第三階段則以內(nèi)動力為主導(dǎo)。正是第三階段劇烈的構(gòu)造運(yùn)動，形成了現(xiàn)代天山山脈宏偉壯觀的態(tài)勢。
天山地槽褶皺系是在元古代末揚(yáng)子旋回形成的古中國地臺基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，經(jīng)過早古生代的加里東運(yùn)動和晚古生代的華力西運(yùn)動，尤其是經(jīng)過華力西運(yùn)動后期各次強(qiáng)烈的構(gòu)造活動，最后褶皺隆起成為高大山地。
天山地槽褶皺系進(jìn)一步劃分為4個褶皺帶，即南天山冒地槽褶皺帶、北天山伏地槽褶皺帶、天山中間隆起帶、北山伏地槽褶皺帶。
加里東運(yùn)動表現(xiàn)最明顯的是中天山地區(qū)，北天山西段也被波及。這期間地殼運(yùn)動形成中國的中天山褶皺隆起帶，走向為北西西到南東東，大致西起現(xiàn)在伊寧和昭蘇之間的烏孫山，向東經(jīng)那拉提山、艾爾賓山到覺洛塔格山，并向吐魯番—哈密盆地南緣延伸。中天山可能孕育于震旦紀(jì)以前，加里東運(yùn)動褶皺隆起，從而成為晚古生代北天山海槽與南天山海槽的重要界線。正是這一運(yùn)動引起強(qiáng)烈的地槽分化，使南、北天山地槽朝著兩個不同方向發(fā)展。南天山由伏地槽背景逐步變?yōu)槊暗夭郗h(huán)境，北天山則由冒地槽變?yōu)榉夭郗h(huán)境。
泥盆紀(jì)末和石炭紀(jì)初，在北天山和南天山地區(qū)普遍發(fā)生了一次褶皺運(yùn)動，這次運(yùn)動屬于華力西運(yùn)動天山旋回的第一幕。石炭紀(jì)是天山地區(qū)地殼構(gòu)造變動最頻繁的時期，華力西運(yùn)動天山旋回的第二、三、四、五幕在各個山段都有表現(xiàn)，惟在各地的運(yùn)動強(qiáng)度有所差異，每幕運(yùn)動在某些地區(qū)表現(xiàn)為升、降運(yùn)動性質(zhì)，某些地區(qū)又發(fā)生巖漿活動。經(jīng)過石炭紀(jì)的多幕褶皺運(yùn)動以后，北天山海槽基本回返成陸，南天山海槽也較以前大為萎縮。早二疊世，天山地區(qū)海域范圍縮小，陸地面積擴(kuò)大，海陸相火山活動強(qiáng)烈。早二疊世末的華力西運(yùn)動即華力西運(yùn)動天山旋回第六幕使天山海槽全部隆起成陸。晚二疊世華力西運(yùn)動天山旋回第七幕使天山的一些殘留水域（內(nèi)陸湖泊）地區(qū)褶皺升起，從而結(jié)束了天山海槽的生市。
天山地槽褶皺隆起后，已經(jīng)成為高度大、范圍很廣的巨大山體。
在二疊紀(jì)末，天山地槽褶皺成陸后，在天山山地南麓發(fā)育了庫車山前凹陷和喀什北部凹陷，而在天山北麓形成WLMQ山前凹陷，在天山東段內(nèi)部出現(xiàn)了吐魯番—哈密山間凹陷，在山系西段內(nèi)部產(chǎn)生了伊犁山間凹陷。這些山前凹陷和山間凹陷成為古生代以后接受山地剝蝕物質(zhì)再沉積的主要區(qū)域。
北山伏地槽褶皺帶位于天山東端，呈低山丘陵而出露。早古生代，中基性噴發(fā)顯著，形成伏地槽；晚期加里東運(yùn)動強(qiáng)烈，造成早古生代地層緊閉褶皺和變質(zhì)。晚古生代則以中性噴發(fā)巖為主，于早二疊世末地槽褶皺隆起，結(jié)束地槽沉積。
古生代時期，天山地區(qū)各地在不同時段的海域大小不一，沉積環(huán)境有別，反映在沉積相和地層上具有明顯不同。天山地區(qū)的寒武系均為正常的淺海相碳酸鹽巖和碎屑巖。奧陶系巖相在地域上有明顯差異。例如：北天山西段從下而上為海灣相到海相再到淺海相，中天山由濱海淺海相到淺海半深海相沉積。志留系在西段北天山主要為海灣—淺海相碎屑巖，中天山為淺海相碳酸鹽巖和碎屑巖，南天山地區(qū)為淺海相沉積。泥盆系在北天山海槽絕大部分屬中、下泥盆統(tǒng)，主要為海相火山巖—火山碎屑巖，上泥盆統(tǒng)屬正常淺海相碎屑巖；南天山海槽中，下泥盆統(tǒng)為濱海—淺海相陸源碎屑巖，中泥盆統(tǒng)為正常淺海相碎屑巖與碳酸鹽巖，上泥盆統(tǒng)轉(zhuǎn)為濱海—淺海相沉積。石炭系在天山分布廣泛，巖性復(fù)雜，厚度巨大，南北兩個海槽巖相很不相同。北天山石炭紀(jì)早期海底火山活動頻繁，多為海相火山巖—火山碎屑巖，晚期才轉(zhuǎn)為淺海碎屑巖，沉積厚度達(dá)7000—10000米；南天山多為濱海—淺海相碳酸巖夾碎屑巖，海域環(huán)境比較穩(wěn)定，沉積厚度為1000—7000米。天山地區(qū)早二疊紀(jì)的顯著特點(diǎn)是海相堆積范圍縮小，陸相堆積地域擴(kuò)大，火山巖分布增多；上二疊統(tǒng)全部為陸相碎屑巖沉積，結(jié)束了海槽的生命。
古生代，天山地區(qū)的巖漿活動相當(dāng)強(qiáng)烈，但南、北天山明顯不同。北天山巖漿活動十分強(qiáng)烈，從超基性巖到酸性巖都有出露，火山噴發(fā)十分頻繁，從奧陶紀(jì)開始到古生代末都有火山活動，火山巖在晚古生代地層中所占比例很大，花崗巖類巖石經(jīng)同位素年齡測定為250Ma—340Ma；南天山巖漿活動較弱，主要為酸性巖漿侵入，可分兩期：早期為灰色黑云母花崗巖，晚期為肉紅色黑云母花崗巖，花崗巖類都屬于華力西期形成，火山活動更微弱。北天山的巖漿活動從加里東晚期到華力西期越來越強(qiáng)烈，為多期次的侵入和噴發(fā)；南天山則僅有少量華力西期的酸性巖漿侵入。
二疊紀(jì)晚期褶皺隆起的天山褶皺帶由一系列復(fù)背斜和復(fù)向斜所組成，在地貌上形成崇山峻嶺，其相對高度在2000米左右。天山南側(cè)原屬塔里木地塊的柯坪塔格和庫魯克塔格也被褶皺抬升并從塔里木地臺分離出來，加入了天山山體的行列。它們共同構(gòu)成山地剝蝕區(qū)。
中生代的印支運(yùn)動和燕山運(yùn)動在天山地區(qū)是存在的，但其活動強(qiáng)度較弱，尤其是前者僅在局部地區(qū)有所顯示，后者相對較強(qiáng)。這些運(yùn)動主要形成了山系邊緣的山間凹陷。從中生代初直至早第三紀(jì)末，天山山體的演化在內(nèi)外營力的相互作用過程中，以外營力占主導(dǎo)地位。在這段時期內(nèi)，所有隆起的天山古生界山地一直遭受剝蝕，兩側(cè)山前凹陷與山間斷陷不斷接受沉積而被基本填平，褶皺隆起的整個古天山被剝蝕夷平成為準(zhǔn)平原，形成一個起伏和緩、高差不大的地面。
早第三紀(jì)末—晚第三紀(jì)初的古天山準(zhǔn)平原大體上由3種不同性質(zhì)的地面組成：
第一種是古生界被夷平的地面，即由古生代及以前更老的地層構(gòu)成的褶皺山地，歷經(jīng)了中生代和早第三紀(jì)漫長的剝蝕—夷平的多旋回過程，這部分地面最為廣泛。
第二種是中生界被夷平的地面。這種地面與第一種地面只在早第三紀(jì)期間有過共同經(jīng)歷。換言之，兩種被夷平的地面形成的時代上限是很不相同的，但下限時代是一致的，都統(tǒng)一在準(zhǔn)平原內(nèi)。
第三種是下第三系堆積地面，它們的范圍較小，只在早期準(zhǔn)平原外緣占有一定面積，但也統(tǒng)一在準(zhǔn)平原之中。在古天山被剝蝕—夷平的過程中，在山麓地帶的山前凹陷，沉積了巨厚的中生代和早第三紀(jì)地層。天山山系中的眾多縱向山間盆地，如吐魯番—哈密盆地、巴里坤盆地、焉耆盆地、大小尤爾都斯盆地和伊犁盆地等，也接受了厚度較大的中生代和早第三紀(jì)地層。這些地層在燕山運(yùn)動和喜馬拉雅運(yùn)動中也曾先后發(fā)生過褶皺，但其強(qiáng)度相對較弱。[
進(jìn)入晚第三紀(jì)，特別是從上新世以后，原先歷經(jīng)中生代、早第三紀(jì)的剝蝕與夷平作用所形成的準(zhǔn)平原在極其劇烈的新構(gòu)造運(yùn)動中發(fā)生斷塊升降分異活動。斷塊隆升的準(zhǔn)平原成為高度巨大的山地，在其兩側(cè)形成更新的山前凹陷帶。在山體內(nèi)部，即原先的山間斷陷，進(jìn)一步沉降為下陷盆地。這些負(fù)地形區(qū)普遍接受上第三系和第四系堆積。
上新世以來，新構(gòu)造運(yùn)動活動劇烈，主要是沿著活動的走向大斷裂帶發(fā)生斷塊升降差異運(yùn)動，使統(tǒng)一的準(zhǔn)平原位移、變形而解體。斷塊山地強(qiáng)烈隆升，斷陷盆地不斷下沉，整個天山地區(qū)形成山地與盆地對照性十分顯著的形態(tài)；山體本身因斷塊隆升的差異性而出現(xiàn)若干不同海拔的梯級面，層狀地貌相當(dāng)明顯。
對于現(xiàn)代天山的形成，繼承性的縱向大斷裂、尤其是古生界及更老地層構(gòu)成的主體山地兩側(cè)大斷裂帶控制著山體的基本形態(tài)。例如：天山北麓的準(zhǔn)噶爾盆地南緣大斷裂和山地南麓的塔里木盆地北緣大斷裂以及山系本身若干縱向大斷裂在上新世以來的活動，使天山準(zhǔn)平原發(fā)生斷塊隆起，形成天山南北坡的梯級地貌。這在整個天山地區(qū)都有清晰的顯示。這種斷塊運(yùn)動使北天山東段形成近東西向的地壘式隆升山地。山地夷平面沿縱向斷裂帶分3個梯級降落：最高一級山地夷平面在海拔4000米以，上，為現(xiàn)代冰川所占據(jù)的高山地帶，其中哈爾里克山的山頂夷平面相當(dāng)平坦，其上至今分布著典型的平頂冰川；次一級山地梯級面的海拔為3000—3200米，即亞高山和中山帶的山頂面，一般呈環(huán)狀分布在高山帶的周圍；最低一級山地梯級面的海拔為1800—2200米，為低山帶的山頂面。在天山其他地段，山地梯級面同樣廣泛分布，一般也表現(xiàn)為3級，惟海拔較東部為高。例如：在汗騰格里山匯地區(qū)，最高一級古生界構(gòu)成的高山帶山頂面海拔近5000米；第二梯級古生界構(gòu)成的山頂面海拔上升到3400—3600米；最低一級主要為中、新生界構(gòu)成的低山丘陵帶。這種向下傾斜的山頂面上限海拔超過2200米。
在天山山脈內(nèi)部的斷陷盆地周邊山地上，如伊犁盆地與昭蘇盆地間的烏孫山、喀什河谷與鞏乃斯河谷間的河吾拉勒山、鞏乃斯河谷與大尤爾都斯盆地間的那拉提山，最常見而又保存很好的山地夷平面（即山頂面）海拔多為3000—3200米。焉耆盆地四周的山地夷平面高度變化很大，盆地西北與小尤爾都斯盆地間的艾爾賓山一帶海拔為4000—4200米，盆地東南即克孜勒塔格與庫魯克塔格西段山地，后者降到海拔2600—2700米，前者降到海拔2000—2200米。其他地段的山頂面已遭破壞，山脊線的海拔高低不一，但同樣能夠反映出夷平面的殘體。
天山古生界主體山地的外側(cè)，即前述的山前凹陷地帶，在中生代接受沉積并在燕山運(yùn)動作用下被褶皺后，在其外側(cè)原先堆積了下第三系的區(qū)域又發(fā)生山前凹陷，接受了上第三系和第四系堆積。在天山山系內(nèi)部，中生代的大型斷陷中，其后同樣不同程度地接受了第三系與第四系。
天山地區(qū)的斷塊隆升完全是晚第三紀(jì)以來、尤其是上新世和早更新世的新構(gòu)造運(yùn)動劇烈活動的結(jié)果。這種運(yùn)動使已被剝蝕夷平而高度僅>1000米的天山山體發(fā)生大幅度的斷塊隆升，隆起幅度達(dá)3000米或更高。山麓地帶的沉降幅度從上第三系與第四系堆積物的厚度來看，達(dá)7000—8000米。
山麓帶的中、新生界受多次構(gòu)造活動，特別是第四紀(jì)早更新世末的構(gòu)造運(yùn)動的影響，在主體山地斷塊隆升的同時，發(fā)生了強(qiáng)烈的褶皺。這種褶皺在天山南北麓和大型盆地邊緣都有清晰的反映。
天山北麓的WLMQ山前凹陷西起JH縣，東至木壘縣，東西長達(dá)600千米，南北寬約60千米，是中、新生代疊加的凹陷帶，沉積了厚度達(dá)13000米的中、新生界。在這個凹陷中，新構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的褶皺在地表形成東西向展布的3排褶皺帶，各自成為低山丘陵，自南向北地勢漸次降低，海拔從1800米下降到700米，褶皺構(gòu)造的地層也由老變新。這個呈東西向帶狀分布的低山丘陵的頂面構(gòu)成天山北坡最低的一級地貌梯級。
天山南麓的庫車凹陷與喀什北部凹陷同樣具有類似于天山北麓的褶皺構(gòu)造帶。庫車山前凹陷東西長600千米以上，南北最寬約70千米，中、新生代以來堆積了厚度萬米以上的沉積地層，凹陷中新構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的褶皺構(gòu)造自北向南呈階梯狀下降，可以分出4排褶皺，構(gòu)成的地層依次由老變新。喀什北部凹陷在地表也有3排背斜構(gòu)造。天山南麓新構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的這種地貌構(gòu)成南坡最低的一級地貌梯級。
從上簡述看出，天山山脈在漫長的地質(zhì)發(fā)展歷史中，主要經(jīng)歷了3個大的發(fā)展階段，對于現(xiàn)代天山的形成來說，上新世和更新世的新構(gòu)造運(yùn)動起了決定性的作用，不僅將已被剝蝕—夷平的古天山抬升到巨大的高度，而且使山麓凹陷發(fā)生褶皺抬升，從而擴(kuò)大了天山山體的范圍。
天山的平均海拔為4000米，眾多山峰在海拔5000米以上，最高峰托木爾峰達(dá)海拔為7443米。天山與南面的塔里木盆地、北面的準(zhǔn)噶爾盆地的高差達(dá)3000—3500米，地勢反差很大，整個山系顯得非常宏偉壯觀。
天山山地現(xiàn)代地貌過程從山頂?shù)缴铰矗来螢椋?/p>
常年積雪和現(xiàn)代冰川作用帶。位于海拔3800—4200米以上的冰雪覆蓋的極高山帶。據(jù)統(tǒng)計，天山擁有現(xiàn)代冰川近7000條，面積達(dá)1萬平方千米。
霜凍作用帶。位于海拔2600—2700米以上的山區(qū)，堆積了大量古代冰川沉積物，并保留了多種冰川侵蝕地形——古冰斗、冰槽谷、冰坎等。負(fù)溫期長達(dá)半年，僅于盛夏解凍。
流水侵蝕、堆積帶。位于海拔1500—2700米（或2800米），河網(wǎng)密布，河谷階地發(fā)育。
干旱剝蝕低山帶。位于海拔1300—1500米以下，年降水量200—400毫米，南坡位于海拔1700—2000米以下，年降水量100—150毫米，外營力以干燥剝蝕作用為主，南坡尤盛。
天山山脈內(nèi)有眾多的山間盆地，面積較大的，自西向東有伊犁盆地、昭蘇盆地、鞏乃斯谷地、大小尤爾都斯盆地、焉耆盆地、庫米什盆地、吐魯番盆地、哈密盆地等。北天山內(nèi)部還有賽里木湖盆地、艾比湖低地、達(dá)坂城盆地、巴里坤盆地等。出現(xiàn)在南天山內(nèi)部的盆地有拜城盆地、烏什谷地及哈拉峻小盆地等。這些盆地或谷地的輪廓大多呈菱形或呈條帶狀，其長軸方向多與兩側(cè)構(gòu)造展布和緊鄰的山脊走向大體一致。
天山山間盆地按海拔分為高位、中位、低位3種盆地。高位盆地的海拔在2000米以上，如賽里木湖盆地、昭蘇盆地及大、小尤爾都斯盆地。中位盆地的海拔一般在1000—1600米，如焉耆盆地、巴里坤盆地等。低位盆地海拔在1000米以下或海拔低于鄰近山麓，如吐魯番盆地、哈密盆地、艾比湖低地等。吐魯番盆地最低處的艾丁湖海拔為－155米，是中國陸地上最低的地方，也是世界上僅次于死海低地的第二低地。吐魯番盆地海平面以下的面積為4050平方千米。
天山山麓扇形地或山前傾斜平原主要分布在天山山地南北山麓地帶，由眾多的大小河流出山谷后堆積的扇形體連接而成。這些地段大多為綠洲之所在，多開辟為農(nóng)田，成為人類長期繁衍生息的場所。天山北麓的綠洲現(xiàn)已自西向東連成狹長的帶狀大面積綠洲帶，天山南緣自西向東的大綠洲有喀什綠洲、阿克蘇綠洲、庫車綠洲、輪臺綠洲及庫爾勒綠洲等。
天山山脈屬中緯度大陸性極強(qiáng)的內(nèi)陸干旱氣候區(qū)[15]。天山山脈是全球唯一由巨大沙漠夾持的大型山脈，以深居內(nèi)陸的地理區(qū)位、溫帶大陸性干旱氣候、山盆相間的地貌格局、眾多的冰川河流、絕妙的自然景色、特殊的生物區(qū)系和生態(tài)過程等諸多自然特征，成為全球溫帶干旱區(qū)大型山地生態(tài)系統(tǒng)的最典型代表。XJ天山擁有全球溫帶干旱區(qū)最為典型完整的山地垂直自然帶譜，反映了溫帶干旱區(qū)山地生物多樣性和生物生態(tài)過程受海拔、坡向與坡度的水熱空間變化影響的分布特征和變化規(guī)律。
天山山地氣候年中明顯分成冷、暖兩季。冷季天氣多晴朗，3000米以下的山地、盆地和谷地積雪深厚，且多霧霜。暖季（夏季）海拔3000米以上多雨雪。3000米以下氣候涼爽。
在天山山地，特別在天山西段，冬季往往形成明顯的逆溫層結(jié)。逆溫產(chǎn)生于10月，消失于翌年4月。以1月份的層結(jié)為最大，達(dá)3000米左右。
天山地區(qū)降水分布很不均勻，差別很大，最大降水地段與最少降水地段年降水量之差達(dá)10多倍。降水分布的一般特點(diǎn)是：西部多于東部，北坡多于南坡；西段內(nèi)部多于外緣，森林帶多于低處。
天山地區(qū)的降水形態(tài)隨高度和季節(jié)的不同而變化。高山帶終年為固態(tài)降水，因此高山地帶普遍分布現(xiàn)代冰川和永久積雪。據(jù)統(tǒng)計，中國天山地區(qū)共有現(xiàn)代冰川6896條，面積為9548.45平方千米，冰川儲水量約為3600x108立方米。這種“高山固體水庫”成為河流的穩(wěn)定補(bǔ)給水源，每年夏季冰雪融化補(bǔ)給河流。冰川融水在河流水量補(bǔ)給中所占的比重，各個地段相差甚大。一般情況下，山地南坡河流冰川融水補(bǔ)給所占比重較大，北坡河流所占比重較小。例如：南坡木扎爾特河的冰川融水占河流水量的70%以上，北坡瑪納斯河冰川融水占河流徑流量的35%左右，博格達(dá)山北坡河流水量中冰川融水所占比重都在10%以下。很明顯，天山山地中海拔高、冰川面積大的地區(qū)冰川融水補(bǔ)給河水所占比重就大，反之冰川融水所占比重則小。降水多的地區(qū)，如伊犁河流域，冰川融水所占的比重也較小，僅為14%左右。天山的中、低山地帶冬半年降雪（即季節(jié)性積雪，可形成春汛，有利于農(nóng)作），夏半年降雨。降雨對河流的補(bǔ)給以天山西部伊犁地區(qū)和天山北坡為最多，降水補(bǔ)給占河流徑流量的比重也最大，一般為50—80%。
季節(jié)性（即冬春季）積雪主要出現(xiàn)在天山北坡及其他山段的高山地區(qū)。天山北坡冬半年降雪很多，占全年降水量的30%左右，常形成厚度達(dá)數(shù)十厘米的穩(wěn)定雪層，山麓帶尤其如此。每年3、4月份，隨著氣溫的升高，積雪從低處向高處逐漸融化，形成所謂的“小春汛”，對農(nóng)田起著春灌的作用。山麓平原區(qū)的積雪層不僅可以保護(hù)冬麥不致凍死，而且對春天小麥返青起到極好的滋潤作用。
天山地區(qū)的降水比較豐富，除高山帶以上終年降雪外，其他中低山帶夏季均為降雨。降雨在天山河流補(bǔ)給中占有重要地位，一般占河川年徑流量的50%以上，許多河流達(dá)70—80%。地處干旱區(qū)中的天山濕島，其降水量一般在400—600毫米之間，不少地段超過800毫米，使天山某些地段具有半濕潤地區(qū)的特點(diǎn)。所以，天山地區(qū)比較豐富的降水對河流的水量影響很大，降水量的多寡直接影響著綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)的豐歉。
天山山脈主要河流有楚河、錫爾河、伊犁河等。
楚河位于吉爾吉斯斯坦和哈薩克斯坦境內(nèi)的河流。古稱碎葉水。源出泰爾斯凱山和吉爾吉斯山，是一條內(nèi)流河。河流向東北流，經(jīng)伊塞克湖盆地（在洪水期，其部分徑流通過支流庫捷馬爾迪河排入伊塞克湖），后轉(zhuǎn)向西北流，成為吉爾吉斯斯坦與哈薩克斯坦的界河，繼續(xù)向西北流，在比什凱克西北50千米處進(jìn)入哈薩克斯坦境內(nèi)，繼而橫穿穆云庫姆荒漠，最后匯入阿克扎伊肯湖。
楚河全長1067千米，流域面積6.25萬平方千米，多年平均流量每秒61立方米，徑流量19.2億立方米。流域地理位置為東經(jīng)67°26′—77°22′，北緯41°52′—45°。主要支流右岸有卡拉庫朱爾河、瓊克明河、厄爾蓋蒂河、卡克帕塔斯河等，左岸有阿拉梅金河、阿克蘇河、庫拉加蒂河等。楚河為冰川雪水補(bǔ)給型，地下徑流起重要的作用。最大徑流量出現(xiàn)在7—8月。7月底至8月初，下游河道干涸，12月徑流重新恢復(fù)。在下游，從12月至次年3月為結(jié)冰期。楚河上建有奧爾托托科伊科耶水庫和3座攔河壩。
錫爾河發(fā)源于天山山脈，包括納倫河與卡拉達(dá)里亞河兩個源頭。其中納倫河為正源，發(fā)源于吉爾吉斯斯坦。兩個源頭在納曼干附近匯合后向西流入費(fèi)爾干納谷地，在塔吉克斯坦苦盞出谷，流至別卡巴德后轉(zhuǎn)而向西北，流經(jīng)烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦，最后注入咸海。錫爾河全長2212千米，流域面積21.9萬平方千米，河口多年平均流量500立方米/秒，年均徑流量370億立方米。錫爾河主要支流有阿漢加蘭河、奇爾奇克河、克列斯河和阿雷西河。
伊犁河是中國水量最大的內(nèi)陸河，也是XJ水量最豐富的河流。伊犁河主源特克斯河發(fā)源于汗騰格里峰北側(cè)，由西向東流，在東經(jīng)82°左右折向北流，穿過喀德明山脈，和鞏乃斯河匯合，又折向西流，在伊寧和喀什河匯合，穿越國境，進(jìn)入哈薩克斯坦，最終進(jìn)入巴爾喀什湖。[9]
塔里木河
塔里木河長度如從葉爾羌河源算起，至臺特瑪湖，全長2137千米。其長度僅次于長江、黃河、黑龍江，居全國第四位。流域面積19.8萬平方千米（狹義）。習(xí)慣上所說的塔里木河，系指阿克蘇河、葉爾羌河及和田河交匯處至臺特瑪湖的河段，長約970千米。
塔里木河的水源來自天山山脈、昆侖山脈等高山冰雪融水和降水混合補(bǔ)給，徑流的年際變化較小，但年內(nèi)變化很大，夏季（6—8月）高度集中。由于夏季河水流星急劇增長，加之河道含沙量大，沖淤變化頻繁，致河流經(jīng)常改道，南北擺動，遷徙無定，在中游地區(qū)造成南北寬100千米左右的沖積平原，河道曲折，漢流眾多，蘆葦水草叢生，加上河流兩岸胡楊林濃蔭蔽日，形成天然綠色長廊，沃野千里。歷史上，主流河道最后一次在1921年東流入孔雀河注入羅布泊。1952年在WL縣附近筑壩，同孔雀河分離，河水復(fù)經(jīng)鐵干里克故道流向臺特瑪湖。
塔里木河是發(fā)源于塔里木盆地周圍山地，向盆地內(nèi)部流動的內(nèi)陸河流，構(gòu)成向心水系。其主要支流有葉爾羌河、和田河、阿克蘇河、克孜河、蓋孜河、克里雅河、開都河、渭干河等。
葉爾羌河是塔里木河最長的支流，發(fā)源于喀喇昆侖山脈海拔7464米的特力木坎力峰東南麓的特拉木坎力冰川，自西南向東北流入塔里木河。葉爾羌河全長1289千米，山口以上集水面積5.02萬平方千米。在山區(qū)水量豐富，出山后穿過漫長的沙漠，因耗于灌溉、滲漏及蒸發(fā)，水量損失很大，故其下游枯水期河床干涸，只有洪水期才有余水泄入塔里木河，年均向塔里木河輸水2.7億立方米。
和田河源自昆侖山西段的喀拉喀什河和玉龍喀什河，兩河于塔克拉瑪干沙漠匯合后始稱和田河，和田河再自南向北橫穿沙漠后入塔里木河。和田河全長1127千米，喀拉喀什河和玉龍喀什河集水面積分別為1.99萬平方千米、1.46萬平方千米。和田河下游為沙質(zhì)河床，滲漏強(qiáng)，故洪水期才有余水流入塔里木河，年均向塔里木河輸水10.5億立方米。
阿克蘇河有昆馬力克河及托什干河兩個河源，均出自吉爾吉斯斯坦境內(nèi)的天山山脈，兩河匯合后稱阿克蘇河。阿克蘇河自西北流向東南，注入塔里木河。全長530千米，流域面積3.6萬平方千米。阿克蘇河有高山冰川融水的補(bǔ)給，水量豐富，不穿過沙漠地區(qū)，且距干流較近，因而成為塔里木河的主要水源，平均流量195立方米/秒，年均向塔里木河輸水36.5億立方米。
天山地區(qū)的湖泊并不多，較大的湖泊有博斯騰湖、艾比湖、賽里木湖、巴里坤湖、柴窩堡湖、艾丁湖、達(dá)坂城鹽湖等。
這些湖泊除博斯騰湖水能灌溉農(nóng)田外，其他均為咸湖或微咸湖。
天山山脈南麓和北麓的植被分布不同，北坡由山腳至山頂植被依次為山地草原，山地草甸草原，針葉林，高山草原，高山墊狀植被，積雪冰川；南坡由山腳至山頂依次為：荒漠、荒漠草原、干旱山地草原、山地草原、剝蝕高山、積雪冰川。
天山地區(qū)的災(zāi)害主要為地質(zhì)災(zāi)害和氣象災(zāi)害，前者包括地震、泥石流、崩塌與滑坡，后者主要有干旱、大風(fēng)、雪害、凍害、暴雨洪水等。這些都是自然災(zāi)害。土地鹽堿化與沙漠化是自然與人為活動共同作用的產(chǎn)物。天山山系由三列山脈組成，由北往南，分別稱為北天山、中天山和南天山。其中，北天山有阿拉套山、婆羅科努山和依連哈比爾尕山，中天山有烏孫山、那拉提山和額爾賓山，南天山有科克沙勒山、哈爾克他烏山、科克鐵克山和霍拉山。另外，東天山有博格達(dá)山、巴里坤山和喀爾力克山等。“北天山”“中天山”“南天山”各自又包括若干條山地及山間盆地。
天山山脈包括主體山地、山間盆地、前山帶及山前傾斜平原等部分，總面積為57×104平方千米。其中山地面積為近32×104平方千米，山間盆地為9.1×104平方千米，山前傾斜平原為16×104平方千米，分別占天山山脈總面積的56.1%、15.9%和28.0%。
北天山東西長約1300千米，以WLMQ—吐魯番一線為界分為東段和西段。西段走向為北西西到南東東，從西向東主要有阿拉套山、別珍套山、科古琴山、博羅克努山、依連哈比爾尕山、天格爾山等，山地平均海拔約為4000米，最高山段為博羅克努山到依連哈比爾尕山，其中海拔5000米以上的山峰有2座，最高峰達(dá)5289米；東段的整體走向為北西西—東西—南東東，從西向東主要有博格達(dá)山、巴里坤山、哈爾里克山和梅欣烏拉山，山地平均海拔約為3500米，不少山峰超出海拔4000米，最高的博格達(dá)峰海拔為5445米，附近還有3座山峰超過5000米。
中天山長約800千米，山脊走向近乎東西，山勢時起時伏。自西向東主要有烏孫山、比奇克山、那拉提山、艾爾賓山、包爾圖烏拉山、覺洛塔格山。山地海拔約為3000米；最高峰位于艾爾賓山，海拔達(dá)4835米。
南天山西起克孜勒蘇河源，東到博斯騰湖，全長1100千米。在汗騰格里山以西，稱“天山南脈”，走向近于北東，包括最西的阿賴山，向東為科克同套、麥丹塔烏山、闊克沙勒山。在汗騰格里山以東，從西向東依次為哈爾克他烏山、科克鐵克山、霍拉山、庫魯克塔格山，山文走向由北東東轉(zhuǎn)向南東東。南天山汗騰格里山結(jié)最為高峻，一般海拔在5000米以上，主峰托木爾峰達(dá)7435.3米，是天山的最高峰。位于托木爾峰正北的汗騰格里峰為天山的第二高峰，海拔為6995米。山結(jié)區(qū)還有6000米以上高峰40座。從汗騰格里山向西或向東，山勢有所降低，平均海拔多維持在4000米左右，不少山峰在5000米以上。庫爾勒以東的庫魯克塔格山走向近乎東西，山勢較低，部分山峰在海拔3000米左右，大部分地段的海拔下降到2000米以下，為低山岡丘。
博格達(dá)峰，海拔5445米，位于東經(jīng)88.3°，北緯43.8°，坐落在XJ維吾爾自治區(qū)FK市境內(nèi)，是天山山脈東段的著名高峰。山峰3800米以上是終年不化的積雪區(qū)，白雪皚皚，故有“雪海”之稱。
托木爾峰位于阿克蘇地區(qū)WS縣境內(nèi)的中國與吉爾吉斯斯坦國境線附近，屬天山山脈中天山區(qū)，是山系橫亙XJ2500多千米的天山山脈的最高峰，海拔7443.8米，也是吉爾吉斯斯坦的最高峰。
“托木爾”，維吾爾語意為“鐵”。其主峰及周圍共10萬公頃山地于1980年被列為自治區(qū)級自然保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)高山冰川及下部森林，生物群落及生態(tài)環(huán)境。托木爾峰為天山第一峰，被列為國家綜合自然保護(hù)區(qū)。
除壯觀的冰川奇景外，托木爾峰地區(qū)還有許多溫泉。位于北木扎爾特河谷東側(cè)的阿拉善溫泉，便是其中之一，已成為XJ著名的療養(yǎng)區(qū)。阿拉善的泉水呈季節(jié)變化，冬春基本干涸，6—8月，泉水量最大。溫泉水中含有微量的硫化物和蘇打等礦物質(zhì)，對很多疾病有一定療效。
汗騰格里峰位于東經(jīng)80.2°，北緯42.2°，中華人民共和國和哈薩克斯坦國界線上。它是天山山脈的第二高峰，在天山山脈中科克沙勒嶺與哈爾克山的結(jié)合部位，海拔6995米。東鄰?fù)心緺柗澹鬣徏獱柤顾固咕硟?nèi)伊塞克湖盆地，北鄰伊犁河谷地，南鄰塔里木盆地北緣的阿克蘇綠洲。汗騰格里峰一帶地勢高峻，山嶺海拔多在4000米以上，6000米以上的高峰多達(dá)40座，山地大面積突出于雪線之上。
天格爾峰北側(cè)有天山WLMQ河源1號冰川，位于WLMQ南山地區(qū)天山中段喀拉烏成山，距WLMQ118千米。該冰川形成于第三冰川紀(jì)，距今已有400萬年歷史。冰川形狀為雙支冰山冰川，冰川上限海拔高度為4474米，冰舌末端，海拔高度3790米，冰川長度為200米，面積1.74平方千米。
天山地區(qū)的自然資源，無論是地表資源還是地下資源都比較豐富。高山帶白雪皚皚，冰川滿布；山區(qū)草場廣闊，為畜牧業(yè)的生產(chǎn)基地；山間盆地、山麓地帶及河流沿岸土地肥沃，水源充足，氣候溫和，宜于種植業(yè)發(fā)展。天山地區(qū)礦產(chǎn)資源眾多，煤、石油、鐵等儲量豐富。
天山地區(qū)的水資源比較豐富，包括高山冰川、降水、河川徑流、湖泊與水庫以及季節(jié)性積雪等。
中國天山高山地區(qū)普遍發(fā)育現(xiàn)代冰川，冰舌末端海拔多在3300—3500米，共有現(xiàn)代冰川6896條，面積為9548.45平方千米，約占中國冰川總面積的16.92%，冰川儲水量約有3600X108立方米。天山冰川的分布，西段多于東段，北坡多于南坡。天山山脈雪線的海拔西段低，東段高，北坡低，南坡高。西段別珍套山北坡雪線海拔為3600米左右，東段博格達(dá)山北坡海拔為3860米，最東段的哈爾里克山北坡為3900—3950米。天格爾山北坡WLMQ河源一號冰川20年的平均雪線海拔為4050米，該山南坡的雪線海拔在4300米以上。托木爾—汗騰格里山結(jié)南坡雪線海拔為4500米。托木爾—汗騰格里山是天山山系最高山段，海拔超過6000米的山峰達(dá)20多座。這里是天山冰川分布最集中的地區(qū)，冰川面積達(dá)2800平方千米以上，占中國天山冰川總面積的29%，最長的汗騰格里復(fù)式山谷冰川長約60千米。天山最大河流伊犁河最長支流特克斯河、塔里木河主源阿克蘇河都發(fā)源于這里。天山冰川都是各河的源頭，起著高山“固體水庫“的作用，是河流的穩(wěn)定補(bǔ)給來源。
天山地區(qū)、尤其是南北麓建有眾多水庫，全部是新中國成立以來為農(nóng)業(yè)灌溉而修建的。僅天山北麓已建成的大中小型水庫達(dá)200座，以平原水庫為主，主要攔蓄洪水和秋冬季剩余水。這些水庫除灌溉農(nóng)田外，發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合開發(fā)者也不少。
天山山脈擁有遼闊的范圍，山地起伏懸殊，土地面積很廣，山區(qū)土地利用的分層結(jié)構(gòu)非常明顯。年降水量不到400毫米的低山帶，上部為良好的干草原（如伊犁地區(qū)的鞏乃斯草原），下部則為荒漠草原。年降水量400—600毫米的天山北坡中山帶，形成稠密茂盛的森林帶，為XJ木材的主要來源，占據(jù)著海拔1700—2800米的垂直空間。高山與亞高山帶為高山草甸草原，為良好的夏季牧場。天山內(nèi)部高寒的大小尤爾都斯盆地海拔著名的巴音布魯克草原和賽木里湖盆地西部的海西草原等都是天山良好的牧場。
山區(qū)種植業(yè)的上限，天山北坡海拔為1500—1700米，南坡海拔為2000—2200米。天山北坡及伊犁盆地邊緣低山帶年降水量在400毫米左右的地區(qū)發(fā)展有一部分旱地農(nóng)業(yè)。
天山南北山麓傾斜平原是主要綠洲區(qū)，土地肥沃，水源較為充足，交通便利，灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，大型綠洲區(qū)及其城市都集中在這里，發(fā)展工業(yè)的條件較好。
天山地區(qū)有巴音布魯克草原、鞏乃斯草原、賽里木湖海西草原、巴里坤草原以及廣大山地草原。
天山的山地草原從高山到山麓分為高山荒漠草原、亞高山草甸草原、森林草原、中低山干草原—半荒漠草原、山麓荒漠草原等。高山荒漠草原的牧草生長期很短，利用價值很低，為盛夏短期牧場。山麓荒漠草原比較缺水，利用價值也低。山地草原垂直分布范圍大，牧草優(yōu)良，生長茂密，產(chǎn)量穩(wěn)定，可發(fā)展多種牧畜。天山南北坡山地草原的分布高度具有一定差別，南坡主要在海拔2400—3800米之間且垂直高差達(dá)1400米，北坡主要在1300—3300米之間且垂直高差2000米，其間森林草原以森林為主。
天山山脈的中山帶、尤其在山地北坡廣泛分布原始森林，幾乎全部是針葉林，除北天山東段的巴里坤山和哈爾里克山森林帶上部為西伯利亞落葉松林外，其他均為雪嶺云杉純林。森林帶的分布高度，天山北坡為1500—2800米且垂直帶高差達(dá)1300米左右，天山南坡為2300—3000米且垂直高差僅700米，且多為片狀森林，并不構(gòu)成完整的林帶。天山北坡有些地段針葉林下部還有楊樹林或者柏樹林與云杉的混交林。天山西部的新源和霍城一帶，山地中還有大片野蘋果林，GL縣南面的那拉提山北坡還有成片的野核桃林。天山南北河流谷地中生長荒漠河谷林，主要樹種為胡楊、灰楊、柳、榆、沙棗及沙棘、檉柳、梭梭等喬灌木。人工林主要分布在居民點(diǎn)附近，主要為農(nóng)田保護(hù)林帶以及果樹林等。
天山地區(qū)藥用植物不少，主要有生長在高山帶的稀有植物雪蓮，中低山帶分布著貝母、麻黃、黨參、紫草、甘草等。伊犁河谷、天山北坡是XJ主要藥材的生產(chǎn)基地，麻黃主要分布在天山南坡，甘草集中分布在塔里木河及其支流兩岸。
天山地區(qū)野生動物種類繁多，主要分布在山地森林草原地帶和平原荒漠河谷林區(qū)。珍稀動物列入重點(diǎn)保護(hù)的有巴音布魯克的天鵝、霍城的四爪陸龜以及賽加羚羊和野驢，其他受保護(hù)的還有馬鹿、紫貂、盤羊、雪雞、雪豹、猞猁等。
天山地區(qū)已有多處被列入自然保護(hù)區(qū)，如天池自然景觀保護(hù)區(qū)、巴音布魯克天鵝保護(hù)區(qū)、托木爾峰保護(hù)區(qū)等。天池保護(hù)區(qū)的珍稀動物有雪豹、馬鹿、猞猁、北山羊、石貂、三趾啄木鳥等。巴音布魯克保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對象是大天鵝、小天鵝和疣鼻天鵝等。托木爾峰保護(hù)區(qū)主要保護(hù)動物有雪豹、雪雞、馬鹿等。有的動物已經(jīng)開始人工馴化，在天山地區(qū)已有多處馴養(yǎng)鹿群。
另外，在伊犁河塔里木河和博斯騰湖及一些水庫還有不少水生生物。XJ有魚類50多種，有些是名貴品種，如鱘鰉魚、青黃魚、河鱸、塔里木裂腹魚等。
第三次XJ綜合科學(xué)考察期間，在額爾齊斯河流域，科考隊員發(fā)現(xiàn)了特有鉤蝦新物種，通過與全球3180個鉤蝦遺傳和分布數(shù)據(jù)對比分析，證明天山及其周邊地區(qū)是世界冷水性生物的起源地之一。
XJ境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，礦種比較齊全，儲藏量大，已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)120多種，占中國已發(fā)現(xiàn)礦種的81.3%。探明儲量居中國首位的有鈹、白云母、鈉硝石、長石、陶土、蛇紋石和膨潤土；居中國第3位的有銫、熔劑白云巖和鑄石輝綠巖；居中國第4位的有天然氣、石棉、自然硫、鉻、鋰；居中國第5位的有石油、煤；居中國第6—10位的有油頁巖鉍、芒硝、鉭、錳、鎳、磚瓦粘土、水泥用頁巖、鹽、鈮和鈦等。這些礦產(chǎn)資源在天山地區(qū)多有分布，而且有的儲量很大。
天山地區(qū)的煤炭資源分布廣、儲量大、質(zhì)量好，主要產(chǎn)于早、中侏羅紀(jì)地層中。天山南北麓山前凹陷和山間盆地中都有煤炭分布，最大的有WLMQ煤田、哈密三道嶺煤田、伊犁盆地煤田等。天山北麓煤炭資源分布最廣，東起吉木薩爾，西至烏蘇以西，東西長達(dá)數(shù)百千米都有分布，煤層多，單層厚度大且穩(wěn)定，煤質(zhì)好，適于煉焦。WLMQ煤田的可采煤有30多層，煤層厚達(dá)160米，有些地方每平方千米面積內(nèi)儲量達(dá)1000×104噸。哈密盆地北緣已查明的煤炭儲量達(dá)幾十億噸，大多是可煉焦的優(yōu)質(zhì)煤。
天山以天池為中心，以完整的4個垂直自然景觀帶和雪山冰川、高山湖泊為主要特征，以遠(yuǎn)古瑤池西王母神話以及宗教和獨(dú)特的民族民俗風(fēng)情為文化內(nèi)涵，融森林、草原、雪山、人文景觀為一體，風(fēng)光別具一格。
西王母祖廟位于天山天池東岸，博格達(dá)峰西北方向，海拔2000米左右，是XJ最古老海拔最高的道觀之一。傳說王母娘娘就是在此修道成仙的，故稱之為西王母祖廟。
距今四千年發(fā)達(dá)的史前文化，月氏、烏孫等早期游牧民族活動的遺跡，以及古老的游牧文化和農(nóng)業(yè)文化不斷地交流、融合、發(fā)展和演變，都在東天山文化的版圖中。
哈密是東天山的一個標(biāo)志，南邊是以哈密盆地為中心的沙漠、戈壁和綠洲。北邊，有巴里坤、伊吾草原，不同的自然環(huán)境，使哈密既有草原文化，又有綠洲文化，還有農(nóng)耕文化，加上它是XJ乃至中國與中亞地區(qū)的交通要道，多民族、多樣文化在這里匯聚，使東天山在哈密表現(xiàn)出了多民族、多樣文化的特征。
據(jù)《穆天子傳》記載，3000年前的周穆王曾乘坐“八駿馬車”西行天山，西王母在天池接見了他。穆王贈送大批錦綢美絹等中原特產(chǎn)，西王母則回贈了天山的奇珍瑰寶，并邀請穆王游覽天山名勝。穆王親書“西王母之山”，留作紀(jì)念。臨別時，西王母勸飲再三，即席歌曰：“祝君長壽，愿君再來。”
XJ托木爾峰國家級自然保護(hù)區(qū)位于XJ維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)WS縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)79°50'—80°54'，北緯41°40'—42°04'，屬森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)東西長105千米，南北寬28千米，總面積23.76萬公頃。
歷經(jīng)千難萬險回到大唐后，高僧玄奘在他口述的《大唐西域記》中，將當(dāng)時所知的亞洲大陸分成東西南北“四國”：南方象主之國，如印度；西方寶主之國，如西亞諸國；北方馬主之國，如蒙古高原的游牧民族；東方人主之國，如中國。
農(nóng)耕文明、游牧文明、商業(yè)文明與宗教文明在同一片大陸上爭奇斗艷、盛衰興亡，而位于東西南北四國中心的，是世界上離海洋最遠(yuǎn)的山脈——天山。
天山南北，屬于古時候泛稱的西域，山上皚皚白雪，萬古長存，山下絲綢古道，穿越千年。
這是天地之間壯美的英雄舞臺，敘述著一段段關(guān)于探險與守護(hù)的傳奇故事。
在玄奘西行取經(jīng)的七百年前，漢使張騫通過另一段艱苦卓絕的旅程“鑿空”了西域。
天山山脈橫亙于亞洲內(nèi)陸的腹心地帶。
天山以北，蒙古高原綿延至準(zhǔn)噶爾盆地的荒漠、草原，是游牧民族活動的地域，其中的沙漠在古代被稱為“瀚海”。
天山之中，山間峽谷分布著絕佳的草場，成為草原游牧部族往來之地。
天山以南，塔里木盆地的沙漠綠洲地帶，曾是古代居民賴以生存之地，擁有大大小小的綠洲國家。
秦漢之際，西域諸國整體上處于“各有君長，眾兵分弱，無所統(tǒng)一”的狀態(tài)。
天山以南，塔里木盆地周圍分布的城郭形成“三十六國”，如龜茲、焉耆、車師等，其中，東部的樓蘭國勢力最大。天山以北則有烏孫人、塞人、呼揭人等游牧民族，他們是匈奴的部屬。
漢初，崛起于中國北方草原的匈奴達(dá)到鼎盛，控制西域大部，甚至將勢力延伸到天山以西的地區(qū)。史載，自烏孫以西至安息“匈奴使持單于一信，則國國傳送食，不敢留苦”。
匈奴單于一發(fā)話，西域諸國都要巴結(jié)討好他。
大漢亦苦匈奴久矣。
漢武帝即位后，決定改變策略，以武力對抗匈奴，并制定了聯(lián)絡(luò)西域共同打擊匈奴的戰(zhàn)略。
當(dāng)時，曾經(jīng)稱霸河西的大月氏大敗于匈奴，就連月氏王的頭顱都被匈奴人制成了飲器。隨后，大月氏被迫西遷至天山下的伊犁河流域。漢武帝得知匈奴有這么一個宿敵，于公元前139年，命張騫率領(lǐng)百余人的使團(tuán)西行，尋求與大月氏合作。
張騫一行人從長安出發(fā)，出隴西，遇到匈奴大軍阻截，遂被匈奴人軟禁。
困于匈奴的十年間，張騫雖在當(dāng)?shù)厝⑵奚樱瑓s不忘漢武帝賦予他的使命，總算逮到機(jī)會逃走。與此同時，大月氏人又被烏孫人趕跑，從伊犁河繼續(xù)西遷，跑到了中亞阿姆河一帶。
當(dāng)張騫終于逃離匈奴控制，西經(jīng)大宛、康居，找尋到大月氏的領(lǐng)地時，大月氏已經(jīng)在水草肥美的阿姆河畔樂不思返。這里遠(yuǎn)離匈奴，沒有外患，大月氏早就放下舊恨，也不愿與大漢聯(lián)手。
于是，張騫只好怏怏而去，途中又被匈奴扣押，直到公元前126年才回到長安，前后歷經(jīng)13年，去時百人的使團(tuán)，歸來時僅剩下兩人。
張騫雖沒有成功拉攏大月氏，但就在他出使西域的同時，漢武帝派遣大軍，對匈奴展開反擊，出兵收復(fù)河套平原，隨后向河西走廊推進(jìn)。
公元前120年，漢軍繞道居延海，攻打天山以東的匈奴渾邪王。匈奴渾邪王率眾歸降。取得河西后，漢朝在河西先后設(shè)置酒泉、武威、張掖、敦煌四郡。
回到長安后的幾年間，張騫因為出使西域、抗擊匈奴的功績，被漢武帝封為“博望侯”。
公元前119年，為了一鼓作氣“斷匈奴右臂”，漢武帝拜張騫為中郎將，命他率300人的使團(tuán)再次出使西域。這次出使以烏孫為主要對象，意在勸烏孫返回河西故地共擊匈奴。
張騫二使西域的旅程沒有之前那么曲折，他順利地抵達(dá)了天山山脈北麓的烏孫都城，但烏孫多年來臣服于匈奴，內(nèi)部政治動亂，對漢朝缺乏了解，不敢貿(mào)然與漢朝結(jié)盟，只同意派使者隨張騫返回長安，獻(xiàn)馬報謝漢武帝。
這實際上是烏孫人的小心思。他們想借此機(jī)會探清漢朝的虛實。烏孫使者隨張騫到長安后，只見大漢帝國富庶強(qiáng)盛，才拜服于漢朝，與漢朝聯(lián)姻，并多次派遣使團(tuán)入朝。
一時間，天山南北諸國紛紛遣使前往長安，使者“相望于道，一輩大者數(shù)百，小者百余人”，西域諸國逐漸擺脫了匈奴的控制而歸附漢朝，西域始通。
因此，《史記》在描寫張騫出使西域的功績時，特意用了“鑿空”一詞。
此后，漢朝為了控制天山南北的通道，又進(jìn)行了兩場大規(guī)模的戰(zhàn)爭——兩伐大宛，五爭車師，終于統(tǒng)一了西域，將天山南北納入中原王朝的統(tǒng)治體系。
漢朝統(tǒng)治西域的第二階段，是設(shè)西域都護(hù)府。
公元前60年，隨著匈奴日逐王降漢，漢朝任命鄭吉為第一任西域都護(hù)，于烏壘設(shè)西域都護(hù)府，管轄天山南北。
史載，“漢之號令，行于西域，自始于張騫，而成于鄭吉。”
西域都護(hù)府，是漢朝在西域的最高行政與軍事機(jī)構(gòu)，代表中央政府推行政令。
新莽之亂后，匈奴趁中原改朝換代之機(jī)，再次對西域虎視眈眈，與中原王朝爭奪天山，致使東漢初年朝廷與西域“三絕三通”。
盡管東漢國力不如西漢，但隨著匈奴在漫長的衰落中走向分裂，南匈奴附漢稱臣，北匈奴一路西遷，東漢大軍開始收復(fù)西域。
漢明帝在位時，大漢國力恢復(fù)，派竇固、耿秉等分兵出擊，過酒泉、居延等要塞，抵達(dá)天山，大破北匈奴，再通西域。隨后，漢明帝采納竇固建議，在天山一帶重設(shè)西域都護(hù)及戊己校尉。
校尉耿恭奉命留守天山，屯兵金蒲城。金蒲城是西漢時修筑的城池，既是管理和監(jiān)控車師的要地，也是駐守天山北部漢軍屯田的大本營。
匈奴人不肯善罷甘休。東漢大軍班師后，公元75年，匈奴人很快又南下進(jìn)犯，出兵攻打投降漢朝的車師國，隨后進(jìn)逼耿恭駐守的金蒲城。一場慘烈的西域保衛(wèi)戰(zhàn)由此展開。
耿恭孤軍迎敵，為了抵御匈奴，他與手下幾百名將士從金蒲城轉(zhuǎn)移到疏勒城。
當(dāng)時，匈奴大軍人多勢眾，而留在西域的漢軍，兵力處于劣勢，西域焉耆、龜茲等國見機(jī)行事，歸順匈奴，原本投降漢朝的車師也再次轉(zhuǎn)向匈奴。
焉耆、龜茲兩國在匈奴的指使下攻打西域都護(hù)陳睦，陳睦所部全軍覆滅。同時，匈奴軍在柳中城圍攻了另一個戊己校尉關(guān)寵的軍隊。
漢朝在天山南北的防守格局被打破。天山北麓，耿恭所在的疏勒城，成為一座塞外孤城。
耿恭出自東漢開國功臣耿氏一族，自幼對軍事耳濡目染，他的伯父是戰(zhàn)功顯赫的名將耿弇。面對匈奴數(shù)萬騎兵的大舉進(jìn)攻，耿恭不知道自己能堅守多久，他能做的，是與將士們奮勇殺敵，戰(zhàn)至最后一刻。
狡猾的匈奴軍切斷了疏勒城的水源。困守城內(nèi)的漢軍無水可用，耿恭只好命將士鑿井取水。可是挖了十五丈之深，一滴水都沒見著，只有黃沙堆積，給人以深入骨髓的絕望。
將士們口渴難耐，只能擠榨馬糞汁來飲用。耿恭仰天長嘆：“聽聞當(dāng)年貳師將軍李廣利出征，拔刀刺山，就有巨泉飛涌而出，現(xiàn)在大漢仁德，我軍怎么會走投無路呢？”
說完，耿恭整理好著裝，向井跪拜，向天祈求。
巧合的是，就在耿恭拜井后不久，井中竟有涓涓細(xì)流冒出。將士們大喜過望，奔走相告。耿恭命士兵打了水，從城上潑下去，向匈奴人揚(yáng)水示威。
往后的日子更加艱苦，數(shù)月后，疏勒城陷入斷糧危機(jī)，守軍饑腸轆轆，只能將盔甲弓弩上的皮革摳下來，煮了充饑（“煮鎧弩，食其筋革”）。
史書記載，西域車師有一位貴族女子，是遠(yuǎn)嫁塞外的漢人后裔，她聽說耿恭軍隊的事跡后，多次冒險向耿恭提供匈奴人的情報，并為疏勒城送去一些糧餉，使瀕臨生死線的耿恭所部艱難地支撐下來。
絕境之下，將士們不知已經(jīng)擊退了匈奴人多少次進(jìn)攻，但沒有一個人叛國，也沒有一個人逃走。匈奴人許諾，只要耿恭投降，就賜予他高官厚祿，讓他手下的將士也有一條生路，但耿恭寧死不投降。
數(shù)百名漢軍逐漸凋零，到最后，只剩下了數(shù)十人。
朝廷之中，沒有人知道這支漢軍是否存活。
疏勒被圍同年，漢明帝去世，舉國大喪，朝廷一度無暇顧及邊事。直到疏勒被圍一年后，新君漢章帝才發(fā)現(xiàn)此事尚未處理，召集眾臣商議，是否該出兵營救。
司空第五倫認(rèn)為，耿恭等人也許已經(jīng)遭遇不測，此時出兵，只怕會白白耗費(fèi)人力，故“不宜救”。
另一個大臣鮑昱的想法與第五倫截然相反。鮑昱說，如今耿恭等人困于危難之地，如果放棄不救，外則縱容蠻夷的暴行，內(nèi)則讓忠心死難之臣傷心，此時如果不出兵解救耿恭，匈奴再度來犯時，陛下如何讓將領(lǐng)安心帶兵？
漢章帝被鮑昱這番話深深打動。當(dāng)年冬季，漢朝征發(fā)河西兵三千多人，出玉門關(guān)，前往天山救援。
這支漢軍先是到達(dá)天山南麓的柳中城，擊退了匈奴與車師聯(lián)軍，北匈奴逃遁，車師復(fù)降。但打完這場勝仗后，援軍就打算引兵東歸，不愿再冒險前進(jìn)。
此時，援軍中有個叫范羌的士兵，原是耿恭的部將，他之前受命前去敦煌郡請求物資援助，一直無法回到疏勒城。
范羌相信，耿恭與士卒們一定還在疏勒城堅守。他反對退兵，并自告奮勇，請求援軍中分出兩千精兵，由他帶領(lǐng)，翻越白雪皚皚的天山，前往天山北麓的疏勒城。
范羌的援軍在風(fēng)雪之中到達(dá)疏勒城，發(fā)現(xiàn)城中只剩下26人。耿恭及手下士兵都飽受饑寒之苦，卻不曾有一絲松懈，使疏勒城成為不可逾越的屏障。
第二天，耿恭與他的25名士兵，在援軍的護(hù)衛(wèi)下踏上返鄉(xiāng)之旅，殘余的匈奴軍得知后，在后方緊追不舍。當(dāng)這支疲憊不堪的漢軍到達(dá)玉門關(guān)時，耿恭所部只剩下最后的13人。
南朝范曄著《后漢書》時，閱覽到耿恭的故事，不禁熱淚盈眶。他將耿恭與蘇武并列，論曰：“余初讀《蘇武傳》，感其茹毛窮海，不為大漢羞。后覽耿恭疏勒之事，喟然不覺涕之無從。嗟哉，義重于生，以至是乎！”
還有人認(rèn)為，耿恭的功績不亞于班超，如法國學(xué)者勒內(nèi)·格魯塞在《草原帝國》中寫道，遇到像班超與耿恭這樣的對手，匈奴人才算真正被降服了。
漢明帝時，為了使西域諸國再度與漢朝修好，班超奉命出玉門關(guān)，游說天山南北。
在第一站鄯善國（本名樓蘭），班超僅憑36名壯士，怒殺人數(shù)遠(yuǎn)多于己方的匈奴使團(tuán)，使鄯善王信服，同意脫離北匈奴統(tǒng)治，重歸漢朝。
到了于闐國，北匈奴早已派使者在此監(jiān)護(hù)，實際上掌握著于闐國的大權(quán)。王宮的巫師親近匈奴，勸說于闐王疏遠(yuǎn)班超，甚至要漢使獻(xiàn)出戰(zhàn)馬，將馬匹殺掉消災(zāi)。班超急中生智，騙巫師自己前來取走戰(zhàn)馬，等到巫師到后，卻下令將他處死，隨后勸說于闐王殺了匈奴監(jiān)護(hù)使，重回漢朝懷抱。
在西域期間，班超沿塔里木盆地邊緣，走遍天山南北，經(jīng)過二十多年的歲月，先后聯(lián)絡(luò)了疏勒、莎車、龜茲、焉耆等國。在他的努力下，西域五十余國重歸漢朝統(tǒng)領(lǐng)，天山南北的絲綢之路全線貫通。漢朝封班超為定遠(yuǎn)侯，任命為西域都護(hù)。
時光荏苒，投筆從戎的青年班超轉(zhuǎn)眼間變成了七旬老者，“衰老被病，頭發(fā)無黑，兩手不仁，耳目不聰明，扶杖乃能行”。直到此時，班超才上書朝廷，請愿生入玉門關(guān)。在位的漢和帝為之感動，下旨準(zhǔn)許他還鄉(xiāng)。
公元102年，入朝僅一個月后，71歲的班超病逝于洛陽。他將自己的一半人生獻(xiàn)給了天山，投身于大漢再通西域的偉業(yè)中，直到生命走向盡頭。
正是在無數(shù)英雄的奉獻(xiàn)下，兩漢在西域駐軍鎮(zhèn)守、屯田戍防，并修筑城壘烽燧，扼守交通道路。自漢朝統(tǒng)一西域后，西域便進(jìn)入歷朝歷代的官修正史中。
東漢末年以后，中原連年戰(zhàn)亂，西域諸國仍遣子入侍。
魏晉南北朝三百多年間，曹魏、前涼、前秦、北魏等不同時期的政權(quán)都曾維持對天山一帶的控制，但隨著突厥等北方游牧民族的興起，通往天山的道路再度被阻隔，西域孤懸塞外。
公元6世紀(jì)，突厥占有天山東部伊吾以西、焉耆以北，以及準(zhǔn)噶爾盆地東部的地區(qū)，迫使高昌、龜茲等西域小國臣服。
隋朝建立后，統(tǒng)治者再度將視野投向天山。隋朝的第二任皇帝隋煬帝尤其熱衷于經(jīng)營西域，他令內(nèi)史侍郎裴矩前往河西的張掖，掌西域胡商貿(mào)易，實際上是以此聯(lián)系西域諸國，尋找收復(fù)西域的突破口。
裴矩將在河西了解到的西域見聞寫成《西域圖記》三卷，上呈隋煬帝。其中寫了從河西走廊通向西域，再前往地中海的三條通道：
北道以伊吾為起點(diǎn)，經(jīng)蒲類海鐵勒部、突厥可汗王庭，渡北流河水（應(yīng)該指錫爾河和阿姆河），到達(dá)今地中海。這條路線是漢代匈奴開辟的草原絲綢之路，也稱天山北路，因為當(dāng)時屬于西突厥的統(tǒng)治范圍內(nèi)，裴矩的記述較為簡略。
中道途徑高昌，沿著塔里木北邊，翻越帕米爾高原，到達(dá)阿姆河流域的昭武九國，在進(jìn)入今伊朗，這是絲綢之路中最傳統(tǒng)的通道。
南道途徑鄯善、于闐等，越帕米爾高原，又經(jīng)過吐火羅、懨怛至北婆羅門，可到西海。
因此，裴矩稱伊吾、高昌、鄯善三地為“西域之門戶”。
隋煬帝讀了裴矩的《西域圖記》異常興奮，出動兵馬大舉西巡。經(jīng)祁連山進(jìn)入河西走廊時，隋煬帝的人馬在大斗拔谷遭遇風(fēng)雪災(zāi)害，“士卒凍死者太半，馬驢什八九”，同行的公主嬪妃與軍士失散，夾雜著一起走出山谷。
經(jīng)過這場劫難后，隋煬帝一行來到了張掖。
裴矩請高昌王與西域27國使者、商人來此恭候。隋煬帝到達(dá)后，從天山遠(yuǎn)道而來的各國來客身著華麗的民族服飾，焚香奏樂，載歌載舞。隋煬帝看到后龍顏大悅，也命當(dāng)?shù)氐氖伺即┥先A貴服飾，乘坐車馬一同觀光助興，幾十里的大道上車水馬龍，各族人民歡聚一堂，如同一場“萬國博覽會”。
在隋朝的強(qiáng)盛國力下，西域三十余國遣使朝貢，DTZ降伏入朝，西突厥也接受隋朝的冊封，隋煬帝在伊吾等地設(shè)郡統(tǒng)治。
繼漢代西域都護(hù)府后，隋朝在今天山一帶設(shè)郡縣，標(biāo)志著中原王朝的統(tǒng)治重回西域。
但是，好大喜功的隋煬帝還來不及統(tǒng)一西域，親自前往天山巡游，就轉(zhuǎn)而向東北的高句麗用兵，橫征暴斂，濫用民力。隨后，聲勢浩大的農(nóng)民起義摧毀了隋王朝，隋朝對西域的經(jīng)略戛然而止，其遺產(chǎn)被之后的唐朝繼承。
唐太宗貞觀年間，DTZ敗亡后，伊吾城主率眾歸唐，一向不服唐朝的高昌也被唐朝派兵攻滅。
史載，高昌國的統(tǒng)治者麴文泰是個虔誠的佛教徒，曾盛情款待取經(jīng)路過的玄奘，但在政治上卻有反唐傾向，經(jīng)常扣留從西域諸國前往中原的使者和商人。
唐太宗知道這小國不老實，下詔要求麴文泰進(jìn)京覲見。麴文泰不答應(yīng)，還寫了封信給唐太宗，說：“您是天上的老鷹，我就是蒿草間的公雞，您是堂上的貓，我就是穴中的鼠。咱們各得其所，你別來管我。”
唐太宗生氣了，后果很嚴(yán)重，他以麴文泰“不軌”為由，派侯君集率領(lǐng)大軍討伐高昌。唐軍才到城下，麴文泰就被嚇?biāo)懒恕Ｖ螅卟粶纭?/p>
滅高昌后，唐朝將其地盤劃為西州，并在天山一帶建立起穩(wěn)固的統(tǒng)治。
唐太宗在天山東部設(shè)立伊、西、庭三州，三州之地分別對應(yīng)漢時的的伊吾、車師前國與車師后國，處于河西走廊進(jìn)入天山南北的連接點(diǎn)上，位于絲綢之路的主干道。