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明朝建立以后，西北地区再次陷入民族政权割据分裂的状态，洪武、永乐时期，积极进取的对外政策使中西陆路交通得以继续繁荣，但此后帝国的衰落所导致的封闭保守使中西陆路交通从此失去往日的热闹。海路交通方面，以郑和下西洋为代表出现了中国历史上少有的辉煌局面，然而只是昙花一现，海上交通总体上由于明政府实施海禁政策而受到极大负面影响。
元代后期（14世纪初）察合台汗国分裂为东西两部，东察合台汗国又在元朝灭亡后进一步分裂为别失八里、哈密、柳城、火州、于阗等大小不等的割据政权，以别失八里的势力最大，其统治中心位于天山以北的吉木萨尔一带，但因内忧外患，其国势时强时弱。新疆地区的割据状况伴随明代始终，不过明初政府通过遣使、册封、通贡等方法，积极与这些国家建立联系，尚能维系中西陆路交通。洪武、永乐年间在嘉峪关以西地区设立安定卫、阿端卫、曲先卫、赤斤蒙古卫、沙州卫、罕东卫、哈密卫等“关西七卫”，作为经营天山南北地区的基础。特别是设于永乐三年（1405）的哈密卫，成为保障中西交通和中西关系顺利发展的重要基地，因为哈密是从河西进入新疆的第一站，在中西交通与贸易中占有非常重要的地位，故而倍受明王朝重视。15世纪下半叶后，明朝的对外政策日趋保守，国势也逐日衰落，因此与西域诸国渐行渐远。特别是1470年代以后，吐鲁番割据政权同明朝展开了对哈密的激烈争夺，并终于在正德八年（1514）占领哈密，此时的明王朝却在“专图自治之策”
思想的指导下，默认了吐鲁番对哈密的占领，将军队、官吏等退居嘉峪关之内，随后在嘉靖初年形成了划关而治的局面。
西察合台汗国分裂出来之后，控制了中亚阿姆河和锡尔河一带地区。1370年，西察合台可赞苏丹汗的女婿、出生于蒙古八鲁剌思部的贵族帖木儿打败各地军事割据势力，夺得西察合台的统治权，自立为苏丹。因其以撒马尔罕为国都，明朝又称其为撒马尔罕国。帖木儿即位后，以成吉思汗的继承人自居，开始向四周扩张。相继占领花剌子模、呼罗珊、波斯等地以后，于1392年至1394年间征服伊利汗国，攻入巴格达，占领整个伊朗高原和两河流域。1395年北上进攻钦察汗国并攻陷其首都萨莱。1398—1399年间南侵印度，灭德里苏丹国图格拉格王朝，一度占领其首都德里。1399年攻入小亚细亚，1402年在安卡拉（Ankara）附近大败奥斯曼土耳其帝国，并俘获其苏丹巴牙即。帖木儿是突厥化的蒙古人，信仰伊斯兰教，他建立了一个以中亚和西亚为中心的庞大的伊斯兰帝国，奉行波斯文化，于是，与帖木儿帝国的关系也成为明代陆路中西交通的主要内容。
随着帖木儿帝国从发展到强大再趋衰落，其与明朝政府之间的关系也有明显的变化。总体上讲，帖木儿帝国在其发展阶段同明朝保持友好的关系，强大以后便与明朝关系日益恶化，当帖木儿去世且帝国开始衰落时，与明朝的关系又得到改善。
帖木儿政权对外扩张初期的主要目标是北边的钦察汗国和西边的伊利汗国，对刚刚建立的明朝则采取“纳贡称臣”的态度，然而事实上这只是双方进行经济贸易的一种方式。《明史》卷三三二《西域四·撒马尔罕传》记明洪武二十年（1387，）帖木儿首次派使者哈非思等来到南京，贡马十五匹，骆驼两头。朱元璋赐宴款待使者，并赐白银十八锭。自此以后，帖木儿每年都遣使贡马、驼或其他物品，其中洪武二十七年（1394）贡马两百匹，并献措辞谦卑的表文，感谢明朝对来华商贾的优待。朱元璋对此也非常高兴，次年派傅安（？—1429）出使帖木儿，并“赍玺书、币帛报之”
。但就在这一年，帖木儿对明朝的态度发生了重大变化。
原因首先是帖木儿在对外扩张中节节胜利，特别是1395年大败钦察汗国，取得其扩张运动以来的重大胜利。其次，明朝曾严格禁止民间对外贸易，帖木儿帝国的回回商人却常常私自驱马至凉州互市，明朝政府要求他们统统来京城交易，并将1200多名甘肃回回移民遣归撒马尔罕，这些行动也导致了帖木儿的不满。结果，当傅安使团到达帖木儿帝国时，帖木儿竟将其扣留。1397年明朝又派陈德文出使，也遭扣留。帖木儿取得对奥斯曼帝国的胜利后，甚至计划了一场东征战争，试图建立一个像昔日那样的蒙古大帝国。永乐二年（1404，）帖木儿率数十万大军越过葱岭，侵入别失八里，准备入侵明朝，明成祖朱棣也敕谕当时的甘肃总兵官宋晟准备迎战。所幸帖木儿在行军途中病死，对明朝的远征中途夭折，一场战祸得以避免，对两国臣民来讲无疑都是一件幸事。
帖木儿去世后，其孙哈里勒（Khalil）即位，一改帖木儿晚年对明朝的骄慢态度，在永乐五年（1407）派使者护送傅安等人回国，以求恢复同明朝的友好关系。明成祖对使臣盛情款待，赏赉丰厚，再次派傅安为使臣前往撒马尔罕祭奠帖木儿，并向新王致意和赐银币，两国关系趋于正常。哈里即位后不久，帖木儿国内就发生争夺汗位的混战，帖木儿第四子沙哈鲁（Châhroukh）在1408—1409年间推翻哈里而自立为汗国的君主。因其曾被帖木儿分封在呼罗珊，常驻哈烈（Herāt，阿富汗西北赫拉特，）故依然以哈烈为都城，明人称其国为哈烈国，《明史》卷三三二《西域传四》有《哈烈传》
。沙哈鲁以其长子兀鲁伯为河中地和突厥斯坦总督，驻守撒马尔罕。
沙哈鲁进一步改善同明朝的关系，两国之间使节往来不断，《明史》记载沙哈鲁时期向中国遣使有九次之多，并且每次哈烈的使者都有其附近属地如撒马尔罕、失剌思（Shiraz，伊朗设拉子）、俺的干（Andizhan，乌兹别克斯坦之安集延）、俺都淮（Andkui，今阿富汗北部安德胡伊）的使者随行
。最著名的一次遣使是在1419—1422年，因为这次使团中一名成员盖耶速丁·纳合昔从离开哈烈的第一天起就逐日记笔记，写下旅途中的所见所闻，归国后据之写出一部名著《沙哈鲁遣使中国记》，使后人可以知道这次往返共计两年十个月之出使活动的详情。它“详细地描述了道里、城邦、古迹、习俗、王统以及他亲眼看到的所有奇迹”，
这些内容经与明代文献比较后，很多都得到证实，说明此书史料价值不低。而作者以一个外国人的眼光看待明朝的政治、军事、制度、民情，可以弥补中国文献记载之不足，对于研究明史和中西关系史更有独特的意义。
沙哈鲁频繁遣使中国的同时，明朝也向帖木儿帝国派出了众多使团，其中以陈诚的出使最著名。陈诚（1365—1458，）字子鲁，江西吉水人，进士出身，曾三次出使帖木儿帝国，为明朝中西关系的发展做出巨大贡献。陈诚早在洪武二十九年（1396）就曾出使过西域撒里畏兀儿（今甘肃、青海、新疆交界，柴达木盆地一带，）结果促使明朝在此地设立安定卫。永乐十一年（1413，）明成祖派使团护送沙哈鲁使团返国，并携敕书及礼品回访其国和周边国家，宦官李达为正使，陈诚作为使团成员之一开始了首次访问帖木儿帝国之旅。使团途径十七个国家和地区，都受到欢迎，归国时又携沙哈鲁的新使节同行，沿途还招揽途经诸地之首领的使节随同赴明朝入贡。浩浩荡荡一行人于永乐十三年（1415）到达北京，受到明成祖的热情款待和丰厚赏赉。次年秋，诸西域使节离开北京归国，明成祖则命令陈诚再次随行出使。陈诚二次出使除访问沙哈鲁所在的哈烈外，还携带礼品访问了撒马尔罕、俺都淮和失剌思等地。永乐十六年（1418）四月，陈诚与帖木儿帝国的使者阿尔都沙等回到北京。同年九月阿尔都沙回国时，明成祖又命陈诚随行出使，陈诚遂三赴帖木儿帝国，这次直到永乐十八年（1420）才回到北京。永乐二十二年（1424，）明朝政府再次派遣陈诚出使西域，然而正当他准备西出嘉峪关时，成祖去世，仁宗即位，下诏停止四夷差使，使团因此中途返回
。
陈诚第一次从帖木儿帝国出使归来后，撰《西域行程记》和《西域番国志》两部著作以叙其出使经历及所见所闻
。《西域行程记》主要记使团所经路线，从酒泉启程后，出玉门关，先至哈密，然后绕天山达伊犁河，过伊塞克湖，至江布尔、塔什干（Tashkent）、撒马尔罕、铁门关、巴里黑，最后抵达哈烈。全书按日计程，兼及沿途风物、地貌和气候，颇为详尽，对于研究明代西域和丝绸之路有重要的参考价值。《西域番国志》分地记载，计有哈烈及葱岭东西的19个地区和国家，以记述哈烈的内容最为详细。该书文笔简洁，叙事翔实，内容丰富，凡明代人涉及西域之文字几乎都取资该书，《明史·西域传》有四卷（卷三二九至卷三三二，）其中的很多内容也来源于此书。
明代中西陆路交通在永乐以后逐渐衰落，除了欧洲新航路的开辟和奥斯曼帝国在欧亚之间的阻隔以外，更主要的原因是中亚地区的长期战乱和明王朝在对外政策上的保守思想。自沙哈鲁去世后，帖木儿帝国大乱，诸王子为争夺控制地域发生长期战争。与此同时，帝国西部的波斯领地均被土库曼人（Turko-man）建立的“白羊”王朝和“黑羊”王朝占据，此后“白羊”王朝吞并“黑羊”王朝，1502年“白羊”王朝又被南阿塞拜疆的萨非家族消灭，建立了伊朗人的萨非王朝（Safavid Dynasty，1501/02—1736。）而帝国东部逐渐兴起一个乌兹别克人建立的游牧帝国，其首领马合穆德昔班尼汗（Shaybani）于1500年乘帖木儿帝国诸王内讧加剧、力量削弱之机，率兵南越阿姆河，占领撒马尔罕、布哈拉、赫拉特、坎大哈（Candahar）等城市，并于1507年消灭衰落的帖木儿王朝，在原帖木儿帝国的东部废墟上建立中亚历史上最后一个游牧民族帝国——乌兹别克汗国的昔班尼王朝。基本上同时兴起的萨非王朝和昔班尼王朝随后开始了长期战争，几乎一直延续到18世纪，严重影响中西方的陆路交通。
洪武、永乐时期的积极外交政策虽使明朝弘扬国威，却也耗去大量的人力和财力，导致国库空虚，引起当时许多人的反对，郑和七下西洋更被评为“疲中国以事外蕃”。明成祖时期就有朝臣上言：“连年四方蛮夷朝贡之使相望于道，实罢中国。”
因此明成祖去世后，外交政策发生了一个很大的变化，最典型的就是罢郑和海船，在陆路交通上也由向西方国家积极开放转为消极保守。首先是不再遣使，如《明史·西域传》记：“自仁宗不勤远略，宣宗承之，久不遣使绝域，故其贡使亦稀至。”
其次是限制西方人来朝贡，明宪宗成化元年（1465，）为了节省开支而在礼官姚夔的建议下，大幅减少西域地区和国家入贡的次数和数量，如规定吐鲁番和别失八里三年或五年一贡，贡使不得超过十人。只有哈密因为地理位置重要并且与明朝关系密切，得以岁一入贡，不得过两百人。此外，15世纪中后期至16世纪初，明朝所设“关西七卫”也因少数民族的侵扰和明朝的保守思想而逐渐裁撤，嘉靖初年则正式划关而治。嘉靖二十六年（1547，）甘肃巡抚杨博还上奏抱怨西域入贡的人太多，需要限制。礼部也进言重申成化元年的规定，并建议对随意放行西域人的边官治罪，“顷来滥放入京，宜敕边臣恪遵此例，滥放者罪之”
。显然，繁荣了近两千年的中西陆路交通在这种形势下衰落在所难免。