西羌众十万人反，与匈奴通使，攻故安，围枹罕。匈奴入五原，杀太守。六年冬十月，发陇西、天水、安定骑士及中尉、河南、河内卒十万人，遣将军李息、郎中令徐自为征西羌，平之。
——《汉书·武帝纪》
在汉武帝平定南越、东越和西南夷的同时，汉朝在西北方向也发动了两场战争，而事情的起因，还要从活动于河湟地区的西羌部落说起。
羌族乃是我国历史上最为悠久的民族之一，其大多以部落形式广泛活动于青藏高原东北部的广大区域，大致包括今青海、西藏、陕甘宁、川西等地。所谓西羌，便主要是指生活在黄河与湟水流域三角地带（也称河湟地区）的羌人，因大致位于中原以西而得名。
早在西周时期，便已经有羌人活跃于甘肃临洮一带，后大致于战国时期开始有羌人部落迁徙至祁连一带，到战国晚期时，部分羌人又北出扁都口，进入河西走廊活动。
羌人所生活的河湟地区，主要是湟水和黄河交汇处的平原地区，该地区不仅是黄土高原与青藏高原的接壤处，同时也是农业文化与游牧文化结合部。
早期的羌人以游牧为主，秦厉公时，羌人无弋爰剑被秦人俘获成为奴隶，在充作奴隶期间，他逐渐学会了犁地、播种、收割、打碾等农业技术。后来，他趁着看管间隙与妻子逃走。
爰剑夫妇逃到河湟地区以后，凭借着从秦国学来的知识，教授散居于当地的羌人耕种和畜牧知识，极大的改善了当地羌人落后的生产生活方式，他也因此而声望远播，后被当地羌人推举为首领。羌人称奴隶为“无弋”，称首领为“爰剑”，故被称为无弋爰剑。
爰剑被推为首领之后，关于他的各种神异传说也逐渐流传开来，例如关于他逃亡的故事，相传爰剑逃走后，在秦人追捕时逃入了一个山洞，秦人为了杀死他，便引火焚烧山洞，却不想爰剑因为一虎形怪兽遮蔽烈焰而幸免于难。
在爰剑的带领下，河湟地区的羌人部落迅速发展壮大，而他的子孙后来也各自组成部落，分别进入了甘青各地，其中数支南入白龙江流域，成为甘青及迭部境内羌族的重要组成部分。
秦汉之际，北方的匈奴强盛了起来，冒顿单于击败了盘踞于河西走廊的大月氏，将该地交由浑邪王和休屠王共同管理。河湟地区的西羌部落，自然不是匈奴的对手，只能臣服于匈奴，接受匈奴统治和压榨。
汉武帝时，为了断匈奴右臂，于元狩二年（前121年）派霍去病西征河西。出征期间，霍去病于兰州以西设令居塞驻军，此后汉朝不仅将河西走廊纳入了统治，陇西郡亦得以向西扩张，为了确保边境安定，汉朝更是从朔方郡沿黄河南下直到令居塞，大面积疏通沟渠，设置田官，移民屯田，尤其是汉朝在令居塞周边的扩张，极大压榨了西羌诸部的生存空间。
当时，西羌的农业水平并不算太高，整体上仍然呈现半农半牧状态，即《后汉书·西羌传》中所说的“所居无常，依随水草。地少五谷，以产牧为业”。
汉朝军民于令居塞一带屯田之后，非但不再允许西羌部落向东放牧，而且还不断向西压榨西羌部落的生存空间，这自然让西羌诸部极为不满，以致双方时常爆发冲突。
在汉朝势力插手河湟地区以前，西羌的先零羌、封养羌、牢姐羌等部之间，为了争夺生存空间，时常彼此争斗，而随着汉朝这个庞大势力的侵入，反而让他们升起同仇敌忾之心，彼此放下了仇恨。
元鼎五年（前112年），先零羌、封养羌、牢姐羌等部解除仇怨，结成联盟，决定共抗汉朝。当然，西羌诸部也知道，仅凭自己根本不是庞大的汉朝对手，于是他们又想到了自己的旧主匈奴人。
虽然匈奴在遭遇汉朝沉重打击后早已远迁漠北，而且为了逃避汉军的打击，多年来再也不敢南下侵扰。然而，随着在位十二年的伊稚斜单于在元鼎三年（前114年）去世，其子乌维单于即位，匈奴却再度开始蠢蠢欲动。
乌维单于即位之后，时常幻想着能够恢复匈奴往日荣光，重新回到漠南。当然，乌维单于也清楚，经历了父亲在位期间的多次战败之后，此时的匈奴国力根本不允许自己再与汉朝发生大规模战争，因此他一面经常派遣使者，向汉朝表达善意，为自己争取恢复实力的时间；另一方面，在察觉到西汉有向西域扩张的意图后，他又命盘踞于西域的右谷蠡王、右奥犍王等匈奴各部不断攻击汉朝使团，阻止汉朝势力向西域渗透，力求将西域牢牢控制在自己手中，从而确保从西部对汉朝形成牵制。
当初，博望侯张骞因出使西域而获得尊贵地位，这令他的部下们眼馋不已，张骞去世之后，他的部下们便争相上书朝廷，陈说西域各国的奇异之事和西域对汉朝的利害关系，请求代表朝廷出使西域。
汉武帝在控制河西之地后，本就有意派遣使者经常来往于西域，以扩大汉朝在西域的影响力，与匈奴争夺西域的控制权。他原本还担心西域路途遥远，一般人不愿前往，却没想到大家竟然如此踊跃，于是凡是自请出使西域者，汉武帝皆赐予符节，准许他们自行招募官吏百姓，不问出身，一律为其配备补给和赏赐给西域各国的礼物。
汉武帝此举本是想让汉朝和西域的往来成为常态，却没想到由于这些使者素质参差不齐，竟然出现了使者盗取礼品财物或违背朝廷旨意的现象。汉武帝得知后虽然极为愤怒，但由于这些人熟悉出使事务，只能将他们严惩一番后，继续命令他们出使，希望这些人能够立功赎罪，然而在巨大的利益刺激下，这些人根本不在乎所谓的惩治，以致盗取礼品现象极为猖獗。
也正是由于出使带来的巨大利益诱惑，以至于越来越多的人加入这一行列，他们或通过夸大其词、盛赞外国事物，或通过捏造各种理由，以换取出使的机会，然后将所携带的财物据为己有，变卖之后予以私吞。
由于汉朝每次出使往往会携带大量贵重礼物，西域诸国最初对于汉朝使者的到来，还是十分欢迎的，往往都会给予高规格的接待，然而随着这些使者胆子越来越大，贪污的礼物越来越多，再加上这些使者有事没事就往西域跑，以至于沿途的西域各国已经不堪重负，对于汉朝使者的频繁往来日渐厌烦，甚至后来干脆拒绝为汉使提供食物，给他们的出使制造各种困难。结果非但没能达成与西域修好的目的，反而使得汉使与西域诸国之间的关系日渐恶劣，不少西域诸国此后都不再向汉朝使者提供衣食住行，而车师、楼兰等国，更是按照匈奴的命令，时常配合匈奴军队袭击汉朝使团。
西羌诸部自然也知道匈奴与汉朝的敌对关系，因此在做出袭击汉朝的决定后，便也派人与匈奴取得联系，希望联手攻击汉朝。正愁无力攻打西汉的乌维单于闻之大喜过望，双方一拍即合。
于是，匈奴和西羌起兵十余万，大举进攻汉朝边境地区，其中匈奴攻入五原郡，击败了五原守军，五原太守战死；西羌则先后攻破了陇西郡的令居、安故（今甘肃临洮南）两地，又包围了枹罕。
接到陇西奏报的汉武帝大怒，立即征发陇西、天水、安定骑兵以及京都中尉、河南、河内士卒十余万人，以将军李息和郎中令徐自为为统帅，于元鼎六年（前112年）十月领兵西进，兵分两路夹攻西羌诸部。
同时，为了防止匈奴与西羌相互勾结，并给因军功封侯又因酎金失侯的公孙贺和赵破奴重新封侯的机会，汉武帝又分别以两人为将，命其率兵北上寻找匈奴军队。其中，以赵破奴为匈河将军，率领万余骑出令居北上，防止匈奴右贤王部南下；以公孙贺为浮沮将军，率兵一万五千骑，自五原郡北上，防止匈奴乌维单于南下。
河湟地区的羌人面对装备精良、兵力远超自己的汉朝主力大军，犹如螳臂挡车、蚍蜉撼树，根本毫无抵抗之力，很快便被汉军击溃，汉军一路向西进攻，直入河湟地区，羌人各部纷纷向西逃窜。
战事结束后，朝廷在枹罕首次设置护羌校尉，派李息持节符领兵镇守。至于西羌诸部，则在战败之后，被迫继续向西迁徙到了条件更加恶劣的湟水上游河谷地带。
至于赵破奴和公孙贺两路阻挡匈奴的汉军，则全部无功而返，其中赵破奴引军出征之后，从令居一路北上数千里，一直到匈河水（今蒙古国西南拜达里格河），却连匈奴军队的影子都没有看到；而公孙贺的命运如出一辙，公孙贺从五原郡北上两千余里，一直率军抵达浮沮井，连一个匈奴人都没有看到。
此外，为了彻底切断匈奴和羌人之间的联系，汉武帝又从原本河西设置的武威郡（郡治姑臧，今甘肃武威）、酒泉郡（郡治禄福，今甘肃酒泉市）两郡之中又分置了敦煌(郡治敦煌，今甘肃敦煌市西)、张掖（郡治觻得，今甘肃张掖西北）两郡，并徙民实边，巩固河西地区，同时从朔方郡向西修筑防线，阻止匈奴向河西渗透。