秦汉帝国版图的西扩，本来给中原士人文化的西延和当地士人的崛起创造了一个良好的机遇，但在此后相当长的一段时间内，兰州地区一直被中原王朝作为边陲军事重镇和经营河西的基地、中原王朝联系周边少数民族重要的中介地区加以建设和控制，驻军数量相当可观，保卫边疆、开拓疆土的兵事十分频繁，因而，秦汉王朝对这一地区的军事作用和军事设施建设的关心远远大于对社会文化的关心。因此，虽然秦汉时代新的统一的文明中心仍然在黄河流域，但处于这一中心边缘地带的兰州士人和士人文化，因产生的基础十分脆弱和产生的条件缺少而基本处于停滞和半停滞状态，世家子弟及其他读书人因很难以“士”求“仕”，大多通过从军以求显达，从而造就了为数不多的一些士人，孕育了中兴名臣赵充国、护羌校尉段熲等一批名臣名将，形成了兰州地区早期的兵家文化。
赵充国，西汉陇西上邽（今天水市）人，后徙居金城令居（今兰州永登县）。他在汉武帝、宣帝时，在征讨匈奴、羌、氐的战争中屡立战功，而且善于从政治战略的高度处理军事问题。
汉宣帝即位后，匈奴继续不断侵犯西汉边境，赵充国曾率兵3万从酒泉出发征讨，很快取得了胜利。后来，朝廷又派遣他率4万骑驻守五原、云中、雁门、上谷、渔阳等九郡，当时，赵充国虽已年逾古稀，但由于他威名远扬，匈奴畏惧其威名而再也不敢侵犯边境。
匈奴被平息之后，西羌又扰边作乱。神爵元年（前61年），诸多降羌和归义羌侯杨玉等联络小种举兵，在兰州及其以西地区扰边作乱，攻城邑，杀长吏，义渠安国以骑都尉率骑3000屯备浩亹，为羌所败，退至令居。如何才能打败西羌的侵犯，成为汉宣帝最为头痛的事情。他经过反复思考，认为赵充国是最好的人选，因为在朝廷里他最熟悉羌人情况，但是充国当时年已76岁，毕竟太老了。宣帝一是怕他难当重任，二是觉得实在不好让他再出征。于是宣帝派御史大夫去问他谁可以率军出征？如何才能打退西羌的侵犯？出乎意料的是，赵充国毅然回答：“再没有比我更合适的人选了！”至于谋略，赵充国认为：百闻不如一见，金城遥远，很难估计其军事形势，“只能到金城后才能根据实际情况制订出退敌的方略”。就这样，赵充国毅然决然地担当起了平息西羌作战的重任。
这年四月，赵充国率军出征。兵抵金城后，并不贸然行动，而是先派少量部队渡河弄清情况。见敌人没有埋伏，便于次日全军渡过黄河。羌人数十百骑出入军旁，赵充国估计是诱兵，认为小利不足贪，命令军士不可追击，只派兵四处侦探。晚上率军乘夜推进至落都（今青海乐都），见羌人未守险，遂西至都尉府（治临羌县，今青海湟源东南），修筑垒壁，安营扎寨。羌军多次挑战，汉军坚守不出。从捕得的敌兵口中得知，羌豪已开始相互责备，说：“说不叫你们造反，你们偏要造反。现在大汉天子派遣赵充国将军率军前来，赵将军已经八九十岁了，善于用兵打仗。现在他坚守不出，我们现在即使想一斗而死，能办到吗？”于是赵充国根据羌人内部已经产生了矛盾这一实际采用恩威并举方略，招降罕、幵羌及其他被先零胁迫的羌人种落，瓦解羌军。七月，率军推进至先零地区。羌人屯兵已久，戒备松懈。忽见汉军大兵来临，慌忙抛弃车马辎重，欲渡湟水撤退。由于道路狭窄，赵充国命所部缓慢追击。有人建议赵充国迅速追击，赵充国说，这是穷寇，逼迫太急，走投无路，会回头死战。羌军掉入河水溺死者数百人，投降及被汉军斩杀者500余人，损失牲畜10万余头，车4000余辆。汉军追至罕羌驻地，赵充国严禁士卒焚烧房屋与割禾放牧，羌人“闻之喜，曰：汉果不击我矣”。于是又有羌族万余人来降。十二月，宣帝再派破羌将军辛武贤、强弩将军许延寿与赵充国合兵进攻先零。鉴于羌军已遭重创，赵充国奏请撤除骑兵，以步兵屯田戍卫。三次上书，终获宣帝采纳。于是在河湟（今兰州市永登、红古和青海省西北部分地区）地区实行屯田，寓兵于民，既解决军队的后勤供应问题，又有助于边疆防守，对保障边塞安全，促进边疆地区农业发展和交通畅通起了重要作用。他在呈给宣帝的《条不出兵留田便宜十二事》中说：“步兵九校，吏士万人，留屯以为武备，因田致谷，威德并行，一也。又因排折羌虏，令不得归肥饶之地，贫破其众，以成羌虏相畔之渐，二也。居民得并田作，不失农业，三也。军马一月之食，度支田土一岁，罢骑兵以省大费，四也。至春省甲士卒，循河湟槽谷至临羌，以示羌虏，扬威武传世折冲之具，五也。以闲暇时下所伐材，缮治邮亭，充入金城，六也。……治湟峡中道桥，令可至鲜水，以治西域，信（伸）威千里，从枕席上过师，十一也。大费既省，徭役豫息，以戒不虞，十二也。”实行屯田后，据史料记载，“自本始以后数十年，四夷宾服，边塞无事”。他死后，宣帝画其像于未央宫麒麟阁，位列同被画像的11位中兴名臣之第四。
神爵二年秋，诸羌共杀先零羌首领犹非、杨玉降汉。汉设金城属国安置降羌，撤除屯田军队。
赵充国此战之所以能够以很小的代价而取得大的胜利，主要原因有四：一是确定的战略得当。对羌人恩威并重，利用矛盾，分化瓦解，不一味杀戮，因此得到大部分羌人的拥护。在摸清了先零是主谋，而罕、幵是被胁迫，他们之间既相联合，又有矛盾的情况后，果断地采取了军事打击先零，政治招降罕、幵的战略方针，从而收到了良好的效果。二是高度重视侦察工作。他率兵到达前线后，并不急于出战，而是通过深入细致的敌情侦察，在摸清敌情后，抓住有利时机，集中兵力一举击破先零，致使罕、幵在政治招抚下不战而降，从而赢得了战争的完全胜利。三是集中兵力打歼灭战。他首次明确提出“击虏以殄灭为期”的打歼灭战的指导原则，对保证战争的胜利起了十分重要的作用。四是从长治久安考虑，提出屯田建议，使数十年边塞无事，从而完全达到了战前的预期目标。宣昭以后，部分羌人逐渐内徙，在金城一带与汉人杂居，逐步汉化。
西汉末年，推翻新莽政权的农民起义大规模地爆发，中原大乱，黄河流域陷于战乱之中，群雄割据，各霸一方。
延熹二年（159年），烧当、烧何、当煎、勒姐等八部羌人进攻临洮、金城。护羌校尉段熲领兵12000余骑击退西羌诸部，追至罗亭（今青海化隆境），斩2000人，俘万余。七年，封僇、良多、滇那等羌3000落归段熲。段熲乘势出兵万余，攻破顽抗的当煎、勒姐羌，斩其豪酋，俘4000余人。次年，再次征讨，杀勒姐羌400余人，降者2000余人。接着进讨湟中（今西宁一带）当煎羌，大破羌兵，俘数千人。永康元年（167），当煎部复反，段熲又率军平定。西羌诸部败散。段熲攻羌，前后达十余年，大小战斗180次，共歼3万多人。东汉王朝虽然获胜，但国力大耗，加速走向衰落。
总体而言，从公元前215年至公元220年的435年间，是今兰州地区进入中原王朝疆域并逐步巩固发展的关键时期。秦皇汉武逐匈奴，筑长城，置边郡，降羌人，既保护了兰州的农耕区，又打通和巩固了对中亚的交通，同时也造就了一些士人，形成了兰州地区早期的兵家文化，萌发了由汉、匈奴、羌等共同组成的具有明显地域特色的兰州多民族文化。
