魏晉南北朝時期，局勢動蕩中的西域各地依然與中原王朝或區(qū)域性政權(quán)保持著密切的一體化聯(lián)系。這一時期西域地區(qū)民族大遷徙局面的出現(xiàn)使該地區(qū)的民族成分更加復雜，各個部落集團和民族的活動交往，使該地出現(xiàn)了局部性的統(tǒng)一，為后來唐代統(tǒng)一天山南北各地奠定了政治基礎。這一時期大量涌現(xiàn)出來的色彩斑斕的西域文化成果在中國歷史上具有特殊的意義。   
    東漢滅亡以后，在西域政治舞臺上活動過并先后建立政權(quán)的古代民族主要有鮮卑、柔然、高車、峻噠和突厥等。他們給這一時期西域的政治衍變和經(jīng)濟文化發(fā)展增光添彩。   
    這一時期中原地區(qū)對西域之管轄以三國時期的曹魏政權(quán)為最早，魏承漢制，曾分別于文帝黃初二年(公元221年)置西域戊己校尉，治設高昌(吐魯番)，于明帝太和年間(公元227—232年)復置西域長史，治設海頭(羅布淖爾東北)。根據(jù)史書記載，當時西域各地“無歲不奉朝貢，略如漢氏故事”。司馬炎建立西晉后，其治下之“涼州刺史領戊己校尉護西域，如漢故事，至晉不改”。晉朝在西域還設立“校尉”、“都尉”等職官，并給當?shù)刂T部落首領冊以爵位和封號，還經(jīng)常向鄯善等地賞賜耕牛，幫助當?shù)剞r(nóng)民從事生產(chǎn)，以維護晉朝對天山南北各地的統(tǒng)治。這一時期，內(nèi)地不少農(nóng)民遷居西域，在此從事經(jīng)商活動的漢人也很多。在鄯善的樓蘭、海頭等地發(fā)現(xiàn)了許多漢文木牘(音讀du)、木簡和紙文書，其中有一些明確標有晉朝皇帝的年號，表明漢字應當是該地當時流行的官方文字。除漢文之外，鄯善、于闐等當?shù)孛褡暹€使用（馬+咼）盧文，這是一種公元前5世紀至公元4—5世紀流行于印度北部地區(qū)的古代文字，因為其字形同驢唇，我國俗稱“驢唇體”。經(jīng)學者研究，（馬+咼）盧文約在公元3世紀前后傳人天山南部、昆侖山北部綠洲地帶，對于當?shù)厝藗兊纳鐣钣绊懞艽?，尼雅地區(qū)發(fā)現(xiàn)的（馬+咼）盧文書因為都是根據(jù)本地的發(fā)音拼寫的，所以被學者稱為（馬+咼）盧文尼雅俗語。除了文書，這一帶地區(qū)還出土了（馬+咼）盧文錢幣以及漢（馬+咼）二體錢幣等。（馬+咼）盧文的使用或許同佛教文化的東傳有關系，它還顯示了當時西域地區(qū)居民種族來源的多元性。   
    西晉之后，中原地區(qū)大亂，河西地區(qū)出現(xiàn)的割據(jù)政權(quán)，諸如漢族張氏前涼、氐族呂氏后涼、漢族李氏西涼、匈奴沮(音舉ju)渠氏北涼、鮮卑禿發(fā)氏南涼等政權(quán)都曾將其政治影響擴展到流沙以西(即西域)，天山南北各地又一度成為河西諸涼王朝疆域之一部分。西晉初年，中原地區(qū)戰(zhàn)亂不息，不少中原漢人經(jīng)過河西走廊，逃難遷居高昌(吐魯番一帶)，高昌及周圍地區(qū)因此迅速繁興起來。至西晉末年，前涼政權(quán)創(chuàng)建者張駿發(fā)兵西征，討伐西晉設在高昌地區(qū)的西域戊己校尉趙貞，“(張)駿擊擒之，以其地為高昌郡”，此時為東晉咸和二年(公元327年)。高昌郡下設縣，縣下有鄉(xiāng)、里，郡置郡守，縣設縣令，鄉(xiāng)有薔夫，里有里正。這是西域推行內(nèi)地通行的郡縣制的開端，它表明西域的政治管理體制與中原內(nèi)地開始趨于一致。自此至北涼沮渠氏建國高昌后廢郡，中經(jīng)前秦、后涼、西涼、段氏諸政權(quán)，高昌一直是涼州或沙州下轄的一個郡。