汉朝建立初期，各地叛乱不断，汉高祖连征叛乱而无暇顾及边防。边塞的少数民族开始活跃起来，对汉朝的巩固有很大的威胁。西汉末期，由于汉帝国的衰落和皇室的动荡，疆域开始不断的变更。
河南地区再度被匈奴侵占后，南越，闽越，黔中地区也趁机与汉朝脱离，后来文帝派人说服南越王和各国归顺，又恢复了一统的局面。但不久南越就因为荆州两湘地方不肯开关通商而擅自发起进攻。此时恰值汉武大帝时期，汉朝的文治武功已到极盛，遂彻底剿灭了南越政权，南越也首次直接归中央管理。公元前127年，卫青北击匈奴，收复河南地、陇西、北地、上郡的北部，置朔方、五原二郡，云中、雁门二郡的北界也向外扩展。
西汉的北部疆界至此推到河套，阴山以北。公元前121年，汉将霍去病出陇西灭了居于河西走廊的匈奴部落，以其地设酒泉郡。后又分割为张掖、敦煌、武威三郡，连同在湟水流域设置的金城郡，合称“河西五郡”。前138年，东瓯王迫于闽越王的威胁，举国内迁到今江淮流域。前110年，汉朝又灭了闽越国。前111年，汉朝平南越，又占有了海南岛，在该地设十郡。在西南地区，汉朝征服了诸国，边界推移到云南哀牢山和高贡黎山。东北地区灭亡了卫满朝鲜，设置了东北四郡，大汉帝国的国土已基本成形，而在西域设郡也加强了对西域的控制。
西汉末期，由于帝国的衰落和皇室的动荡，疆域萎缩。东北撤销了真番、临屯二郡，西南地区则由七郡变成五郡，并且放弃了海南岛与象郡。王莽篡汉时期已经仅剩秦朝时的疆域，西域各国因为大汉帝国的衰落而逐渐脱离管制。东汉王朝末年，中原战乱不断。遂放弃定襄、云中、五原、朔方、上郡、北地六郡；河套、陕北、晋西北、河北北部地方先后放弃。高句丽与林邑两国蚕食东北及南方国土，只有西南地区扩展至大盈江一带。
蜀汉时期的领土范围大致为今四川及云南、贵州北部、陕西等地区，虽然昭烈帝刘备曾经大举伐吴，诸葛亮、姜维屡次北伐，但是终究未大规模地改变蜀汉的领土面积。