居延的地理位置特殊，经对采集到的残碎石器和陶片进行考证，证明在新石器时代，居延就有人类居住，繁衍生息。在两汉时期，汉武帝为防止北漠匈奴族的进犯，在河西“列四郡，据两关”的同时，为进一步巩固边防、经营西域，在居延大规模修筑关城、烽燧、城障等设施，并驻守戎兵、移民屯垦，进行了较大规模的开发建设。作为沿黑河通道、北达居延咽喉门户的肩水都尉府大湾城、肩水侯官地湾城、肩水金关等屯戍重地，是当时进出河西、通往南北的咽喉要道，取名“金关”，含有“固若金汤”之意。

    居延地区从汉武帝中期即有政治、军事活动。大湾城、地湾城故址，目前还保存较为完整。在城堡地面，偶尔还能拾到残碎的汉简残片、铜箭头、灰陶片和石磨残片，城附近还有古时农耕的痕迹。肩水金关故址虽经风雨剥蚀坍塌，现仅存1座8米见方的烽台，但还能看到关口城廓的痕迹。从地理位置看，肩水金关距黑河东岸80米远。从地形看，肩水金关也是黑河流域流水最浅、最细的地方，河面水流量最少的时候约70米宽，当时也是东西岸交通的必经之路，并建有渡口和浮桥。西岸偏北半公里处有哨马营故址，是当时驻扎军队的地方。在肩水金关以北，还有广地塞侯官所和小方城、大方城、红城等黑河流域遗址，古时称“弱水流沙”。它绵延150多公里，遍地沙碛，气候极其干旱。由于东、西两侧的巴丹吉林沙漠和北山山脉的天然遮挡，弱水河西岸成为我国西部丝绸之路的一条重要南北通道。其下游的居延海一带，远控大漠，近屏河西，东、西襟带黑河、天山，且水草丰美、宜于农牧。在汉武帝时期，乃是中央王朝与匈奴领主激烈争夺之地，频繁的屯戍活动一直延续200年之久。居延至今仍保留着大量长城、城障、烽燧等遗址，因此居延也是出汉简最多的地方。

    据有关资料记载，仅地湾城、肩水金关就出土汉简11577枚，其中有汉成帝永始三年(公元前14年)诏书简册等，另有各种铜、铁、陶、木器文物1311件，证明金关地区在汉武帝中期即有政治、军事活动。昭帝时已称“金关”或“金关燧”，同时又名“通道厩”。通道厩“财务出入”、“谷出入”等简册的出士，表明金关地处主要交通要道，当时至少有3个单位具有关卡、斥侯、驿厩等多种功能。

    元狩二年(公元前121年)，汉武帝派骠骑将军霍去病与匈奴之战规模较大，也是时间较长的一次民族战争。汉军骑兵经过居延地区及破城子、黑城子、肩水金关、地湾城、大湾城，沿黑河进攻酒泉，所经过的地段多是沙漠草原地带。汉军骑兵由于在戈壁荒漠地带首先准备了充足的粮草，加上将士们英勇善战和向导引路等优势，成功地执行了战略进攻任务。这表明居延一带在当时自然条件还是比较优越的。

    据已发现的居延汉简证实，大将军窦融沿居延一线修筑了各种军事设施，居延成了汉朝的重要防地。当时黑河水量十分丰富，至今在大湾城、地湾城故址发现的房屋建筑所用木材大多是松木，而当地不产松木，这些松木当年很可能是从南面祁连山沿黑河运下来的。汉朝沿黑河西岸设立了很多烽火台，不少烽火台之间都有大片树林和芦苇丛生的沼泽地。到公元前104年，居延正式建立居延郡，驻边疆军队在各关城防守北部匈奴对河西地区的侵扰，并在弱水河下游三角洲屯田戍边，发展灌溉农业。

    几千年前，自然形成南起酒泉、北到居延海的林带，造成了一条宽约1公里—15公里的天然绿色屏障，为汉代10万兵马进军北漠匈奴提供了条件。而10万兵马的作战、运行、吃住和布置军防设施，也为居延一带的城镇兴起和日后的军防建设创造了有利条件。