为加强对边疆地区的管理，两汉时期还设置了一系列的地方机构、官职。一是属国和属国都尉。西汉初年继续保留了秦朝所设的属邦，并改称“属国”，到武帝、昭帝、宣帝时期(前140年～前50)先后设置了七个属国，即安定属国、天水属国、西河属国、上郡属国、五原属国、张掖属国、金城属国，又主要分布在西北边疆，如当时安定郡的三水县、上郡的龟兹县、五原郡的蒲泽县、西河郡的美稷县。东汉时期，在沿袭西汉所设属国及相关制度的同时又有所发展，不仅所在地域有所扩大，除了西北的居延、龟兹、西河、酒泉等属国外，属国分布的区域已经扩大到东北、西南边疆，如东北的辽东，西南的蜀郡、犍为等；而且级别上也有调整，主要是将一些形势不安定的少数民族地区从所在郡划出来，设立了级别上类似郡的属国，如西南既有蜀郡，又有蜀郡属国。
在设立属国的地区，汉朝设置了都尉、丞、左骑、侯官、千人、百人等官员，负责管辖“属国”的军事和民政。其中，都尉是最高长官，总管各项事务；丞加以辅助，作用与郡县系统中的丞相近；左骑、侯官负责保卫属国安全，而左骑、千人、百人等官职都由该属国的部落首领担任。这也表明了属国与郡县的差别，即属国是因部落而设，郡县制的郡、县、乡、里、亭等则按地域设置，管理上自然也有所不同。
二是西域都护。汉武帝时期，张骞出使西域和匈奴势力的衰弱，都使西域的商路更加通畅，从武帝末年起就在西域屯田、为行人提供食宿，并设置了校尉加以管理。公元前60年(汉神爵二年)，汉朝设置了西域都护，屯田校尉也就成了都护的属官。此后，西域都护一直代表西汉、新莽对西域实行有效管辖。东汉“三绝三通”，由于班超、班勇父子的经营，东汉恢复了在西域的统治，123年(汉延光二年)改西域都护为西域长史，不久又恢复都护之职。西域都护总管西域各国事务，下设副校尉、丞、司马、千人等官职，分管军事、屯田、文书等事务。
三是使匈奴中郎将。汉武帝时期曾派遣中郎将出使匈奴，以后成为定制，东汉时期正式设置了使匈奴中郎将，下设两名称为“从事”的属官。使匈奴中郎将是派驻匈奴的地方机构、官员，代表汉朝处理北疆匈奴的各种事务，包括观察匈奴动向、参与“词讼”(案件审理)、陪护“侍子”(匈奴王子入汉为人质)入朝等等。
四是护乌桓校尉和护羌校尉。前者主管乌桓、鲜卑地区的事务，后者主管西部边疆羌族地区的事务，它们都设有长史、司马等属官。另外，两汉时期还把内地的郡县制推广到边疆地区，设置了许多郡县，如东北的真番、乐浪、玄菟等郡，南疆的珠崖、交趾、九真等郡，西南的犍为、汶山、沈黎、益州等郡，西北的酒泉郡，北疆的朔方、五原郡。