汉朝建立早期，国家政治动乱，无暇顾及边防。河南地复为匈奴所有。南越，闽越，黔中地区亦先后放弃。国土大幅减缩。汉武帝时期，西汉武功极盛，国土大幅扩展。西元前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。前121年，汉将霍去病出陇西击灭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，合城河西五郡。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，汉朝又灭亡了闽越国。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。边疆形势蔚为改观。并且确立了对西域的控制。
西汉晚期，疆域萎缩。东北撤销了真番、临屯二郡。西南地区由七郡变成五郡，并且放弃了海南岛与象郡。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。
汉朝早期，刘邦封异姓王七人。但由于对功臣的猜忌，不久又相继削除，同时大封同姓诸侯，这些王国“大者或五六郡，连城数十，置百官宫观，谮于天子”。地方王国势力的强大导致中央政府所实际控制的区域萎缩。吕后时期，增加外戚诸侯王。到文帝时期又纷纷铲除，增加刘氏诸侯王。但是地方王国势力的膨胀已经对中央政府构成严重威胁。文帝接受贾谊的建议，用分地的方法削弱诸侯的势力。景帝即位后采纳晁错的建议，直接缩减王国的封地，引发诸侯王的强烈反弹，导致吴楚七国之乱爆发，但未几就宣告失败。景帝借此缩小各王国的辖地。武帝后，采纳主父偃的建议，推行推恩令，规定诸侯王位由嫡子即位，而余子皆分一县或一乡的土地。因此王国不断缩小，汉郡不断扩大，加上边郡的开扩，汉朝中央政府对地方的控制力日益加强。同时，政府将大量面积较大郡予以分割。到平帝元始二年，共有郡国103个，辖县、侯国、邑、道等县级政区1587个。
州作为行政区划，在西汉时期萌芽，到东汉宣告形成。自元封五年（西元前106年），始在郡之上又设了十三行部，每部派一刺史，每个行部管辖若干郡（国）。但此时的行部是监察区，还不是真正意义上的行政区。东汉末年，地方多事。中平五年，朝廷选重臣出任刺史，称州牧，掌一州军民。州从监察区变为行政区。至此，中国地方行政由原本的郡县两级制度变为州郡县三级制。十三个州为：司隶（治雒阳）、徐州（治剡县）、青州（治临淄）、豫州（治谯县）、冀州（治高邑）、并州（治晋阳）、幽州（治蓟县）、兖州（治昌邑）、凉州（治陇县）、益州（治雒县）、荆州（治汉寿）、扬州（治历阳）和交州（治龙编）。兴平元年（194年），又分雍州。则至汉亡，全国有十四州。州从监察区变为行政区。
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