塔裏木河下遊羅布泊地區，更是田疇阡陌成片、水網渠道縱橫的著名屯田區。漢昭帝派軍士到伊循（今若羌境內）屯田，興建了完整成套的灌溉渠係。伊循城北的注濱河（今卡牆河）上修築攔洪大壩引水灌田，是築壩水利工程最早的曆史記載。當時引水渠首工程，是用木籠壓梢、打樁拋石建成的臨時性建築。但渠道建築布局合理，渠北設總閘和分水閘，有幹渠和七道支渠，分布在地勢較高的地方，采用雙向灌溉和集中分水的方式，控製著整個灌區，顯示了漢代水利建設的先進技術水平。
東漢時西域政局動亂，中原與西域關係“三絕”、“三通”，農田水利事業必然受到嚴重影響，但疏勒、於闐、樓蘭、精絕等地的屯田還是斷斷續續進行了一百多年。樓蘭城的官署規模宏大，就是這一時期由屯田軍民建築的。樓蘭還出土了儲藏在木料下的一堆糜子，糜子中還夾雜著麥子。伊循作為屯田中心，這一時期的灌溉係統呈樹枝狀散開，工程配置相當嚴密和科學。精絕國也進行了相應的農業水利建設，從民豐縣尼雅遺址（即精絕國都）
出土的“司禾府印”，說明這裏已設立了與屯田事務有關的管理機構。尼雅遺址出土的鐵鏟和木夯，正是屯田軍民開渠築壩使用的工具。
魏晉南北朝時期的農田水利建設，仍主要集中在塔裏木河下遊的樓蘭、尼雅、伊循等地。當時樓蘭不僅設有戌已校尉，還設置了西域長史，實行對這一地區政治、軍事和屯田的領導。在屯田耕種的士卒中，還有守堤管水的專職軍官。有一件出土文書說，樓蘭城東漲洪水，有六處決口，當時有六百屯田士卒奮力堵水築壩，但兵力還是不夠，因此上書西域長史，要求迅速增兵。出土於公元330年的文書說，由於塔裏木河在這之前已經改道，樓蘭城水源斷絕，前涼政府就把西域都護府遷至海頭，海頭位於羅布泊西南、伊循城北，當時塔裏木南河流經海頭。從此，樓蘭作為屯田重鎮的地位，就被海頭所替代了。
隋唐時代，塔裏木河流域的伊循、且末、焉耆、龜茲、烏壘、疏勒、於闐等地，“大開屯田”、“規模宏遠”，這些地區水源充足、土地肥沃，宜耕宜牧，因此成為農田水利開發的重點地區。焉耆、龜茲一帶都設置重兵，“興屯田，倉庫盈”，種植小麥、穀子、高梁、胡麻等作物，保證了駐守邊疆的軍隊的糧食供應。焉耆“唐王城”屯田遺址，出土了大量屯田軍士使用過的鐵犁、鐵鐮、鐵斧、鐵鏟及陶器用具。龜茲專設了“營田使”，管理農田水利事務。烏壘一帶也有唐軍屯田戍守，與其相鄰的輪台“邊屯連雲”，留下了許多屯田和渠道建設的遺址。在疏勒設有屯田七處，其屬地巴爾楚克（今巴楚縣）曾是喀什噶爾河和葉爾羌河的交彙處，水利和土地條件非常優越，所以成為重要的屯墾灌溉地區，古代渠道田畦痕跡隨處可見。
設在龜茲的西域最高權力機構西域都護府，分別設置了“掏拓所”和“知水官”等各級專管農田水利的機構和官吏，每年負責組織軍民整修土地，修建水利工程，為西域綠洲的農業文明編織著絢麗的藍圖。
到了公元十世紀的宋代，中原王朝已失去了盛唐氣象的恢宏和自信，在軍事上也處於節節敗退的劣勢。但正是這個時代，卻出人意料地發明了火藥、指南針和活字印刷術。把人類從蒙昧推向文明的中國古代四大發明，有三項都是在十世紀前後發明的。由於北方大地淪為邊防地帶，南方文化迅速發展，進入黃金時代，商品經濟的萌芽也勃發出最初的活力。這一承前啟後的兩宋時代，被胡適先生稱為中國的“文藝複興”時期。正當宋朝在經濟、文化和科學發明方麵為人類作出巨大的貢獻時，卻戰亂頻仍，生態環境嚴重破壞，社會發展停滯不前，千年文明毀於一旦。
塔裏木河流域田園荒蕪，水利失修，赤地千裏，十室九空。在嚴酷自然環境中本來就很脆弱的綠洲文明，又陷入戰爭的水深火熱之中。
經過長期恢複和整合，伊斯蘭文化出現勃勃生機時，進一步的爭奪權力的各種內亂、叛亂又甚囂塵上，給塔裏木河上空蒙上重重煙塵。
塔裏木河流的是無盡的苦澀和憂傷。
清朝政府為了保住在塔裏木河流域的領土，常常抓住有利時機進行農田水利建設，以利飽受戰亂之苦的人民休養生息。莎車縣在葉爾羌河開挖兩道大渠，分別有百公裏長，沿兩渠安置維吾爾族農民居住和務農。巴爾楚克（今巴楚縣）分別從葉爾羌河和喀什噶爾河開渠引水，築壩蓄水，又修數十條幹渠和百餘條支渠，陸續建成一個灌溉麵積達二十多萬畝的大規模新墾區。庫車、沙雅、阿克蘇、烏什分別從渭幹河、阿克蘇河和托什幹河開渠數百條，總長度達千餘公裏。僅以上四縣，經興建和修複水利後，灌溉麵積就達到二百多萬畝。喀什和和田也都大興水利建設，開挖的幹渠支渠密如蛛網，灌溉麵積也都各達到百萬畝以上。