嘉平四年314年），司馬鄴派大鴻臚辛攀拜張軌為侍中、太尉、涼州牧、西平公，張軌又堅決辭謝。同年五月，張軌臥病不起，臨終前留下遺言道：“我平生對他人無甚恩惠，疾病垂危，大概命將告終了。我死後，文武將佐都應儘忠儘義，務必安撫百姓，上報國家，下安家室。我死後以普通棺木從簡安葬，墓中不藏金玉。好好輔助我兒安遜張寔的字），聽從朝廷旨意。”五月己醜日，張軌去世，終年六十，葬於姑臧建陵，朝廷追贈侍中、太尉，諡號為武公，之後又追諡為武王，廟號太祖。
與此同時，涼州長史張璽等人表奏張寔代理張軌的職務。張軌的親信部下及後擁立張寔繼任了涼州牧之職。十月，司馬鄴下詔授任張寔為持節、都督涼州諸軍事、西中郎將、涼州刺史、領護羌校尉、西平公。
建元元年315年）冬天，蘭池長趙奭的上軍士張冰得到的一方璽，上麵有“皇帝璽”字樣，獻給了張寔，僚屬們都來祝賀。張寔說：“孤常常惱恨袁本初舉印向肘之事，諸君為何說這樣的”於是把璽送往長安。
建元二年316年）四月，張寔下達命令：所屬的官吏、百姓有能指出自己過錯的，獎賞給布帛、羊、米。賊曹佐高昌人隗瑾說：“您處理政事，事無巨細，都是自己來決斷。同年八月，劉曜進逼長安，張寔派將軍王該率軍救援京城。司馬鄴嘉賞他，拜任都督陝西諸軍事。司馬鄴將要投降劉曜時，下詔給張寔說：“國運困厄，災禍降臨到晉室，京城傾覆陷落，先帝在賊朝中去世。朕漂泊於宛、許，於是到了舊都。
同年12月11日司馬鄴降於漢趙大司馬劉曜，臨降前下詔給張寔：“仰慚乾靈，俯痛宗廟。君世篤忠亮，勳隆西夏，四海具瞻，朕所憑賴。今進君大都督、涼州牧、侍中、司空，承製行事。琅邪王宗室親賢，遠在江表。今朝廷播越，社稷倒懸，朕以詔王，時攝大位。君其挾讚琅邪，共濟難運。若不忘主，宗廟有賴。明便出降，故夜見公卿，屬以後事，密遣黃門郎史淑、侍禦史王衝齎詔假授。臨出寄命，公其勉之”寔以天子蒙塵，衝讓不拜。[20]
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建武元年麟嘉二年，317）正月，張寔得知劉曜強迫司馬鄴遷徙，聚哭告哀三天，派遣太府司馬韓璞、滅寇將軍田齊、撫戎將軍張閬、前鋒督護陰預率步騎兵一萬，東赴國難，命令討虜將軍陳安、故太守賈騫、隴西太守吳紹各率郡兵作為韓璞等的前驅護衛司馬鄴。三月，司馬睿於建康稱晉王、改元建武，張氏世守涼州效仿竇融，長期沿用中朝晉湣帝的建興年號。
麟嘉三年318年）三月，焦崧、陳安進犯隴石，在東方與劉曜相持，雍、秦人十之八九死於戰亂。焦崧、陳安進逼上邽，南陽王司馬保派使者告急。任金城太守竇濤為輕車將軍，率領威遠將軍宋毅以及和苞、張閬、宋輯、辛韜、張選、董廣率步兵、騎兵兩萬赴援。部隊進駐新陽時司馬鄴被殺的消息傳來，於是全軍穿孝服舉哀，聚哭三天。
南陽王司馬保圖謀稱帝，破羌都尉張詵對張寔說：“南陽王忘記莫大的恥辱，而想自稱帝號，上天不授予圖讖符命之書，德行不足以順應期命，最終不是濟時救難之人。晉王司馬睿德才兼備親近藩衛之臣，是先帝依靠屬意之人，宜上表稱頌聖德，勸其登帝位，傳送檄文到各藩鎮，再給相府附加上書信，那麼想要爭強的念頭就會平息，還沒有聚集起來的黨徒就會散去。”張寔聽從其意。於是向天下發送檄文，推崇晉王司馬睿為皇帝，派牙門蔡忠奉表章到江南，勸司馬睿稱帝。
同年三月，司馬睿在建鄴稱帝，年號大興，但張寔不用司馬睿的大興年號，還稱建興六年，這標誌著張寔已完全脫離司馬家的管控正式獨立，史稱前涼。
也就在當年，靳準殺隱帝劉粲，自立為漢天王。北宮純借機招集漢人，在東宮結堡自守，惟被靳準堂弟靳康所殺，結束了自己輝煌的一生。後在洛陽城流傳出一首著名的童謠，涼州大馬，橫行天下，涼州鴟苕，賊寇消，鴟苕翩翩，怖殺人，讓北宮純威名大振，獲得了司徒王衍和晉懷帝司馬熾的高度的認可和評價。
光初二年319年）正月，南陽王司馬保得知司馬鄴被殺後也自稱晉王，年號建康，設置任命百官，派使者封張寔為征西大將軍、儀同三司，增食邑三千戶。不久陳安背叛了司馬保，氐、羌都響應陳安。司馬保很窘迫，於是離開上邽，遷往祁山，張寔派部將韓璞率步騎兵五千赴難。陳安退守綿諸，司馬保回到上邽，又被陳安擊敗，派使者到張寔處請救兵。
張寔派宋毅前往，陳安退去。正好司馬保被劉曜逼迫，遷到桑城，打算要投奔張寔。張寔認為他是西晉宗室中比較有聲望的人，如果到了涼州，必會動搖人心，派其部將陰監迎司馬保，聲言說是護衛，實際上是抵禦他。正好司馬保去世，手下眾人散逃投奔到涼州的有兩萬餘人。
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建興八年320年），當時的京兆人劉弘，擅長旁門左道之術，客居在涼州的天梯山，在山穴中點燈懸掛鏡子取亮，用來迷惑百姓，跟從他受道的有一千餘人，張寔身邊的人非常崇奉他。張寔帳下將軍閻沙《資治通鑒》作閻涉）、牙門趙仰《資治通鑒》作趙卬）都是劉弘的同鄉。劉弘對他們說：“上天送給我神璽，將在涼州稱王。”閻沙、趙仰對他的話深信不疑，暗中與張寔身邊的十多人密謀殺害張寔，奉擁劉弘為君主。[4]
張寔的弟弟張茂得知他們的計劃，請求誅殺劉弘。張寔命令牙門將史初拘捕劉弘。史初還未到劉弘處，閻沙等人懷藏凶器入內。把張寔殺死在外寢，時年五十歲。劉弘見史初到來，對他說：“張使君已經死了，為什麼還要殺我”史初發怒，把他割掉舌頭後關了起來，在姑臧城的街市上處以車裂的酷刑，並誅殺劉弘黨徒數百人。左司馬陰元等人認為張寔的兒子張駿的年齡幼小，於是推舉其弟張茂繼位，張茂自稱涼州刺史、西平公，在境內赦免罪犯，任張駿為撫軍將軍。[4]
光初六年323年），張駿親自耕藉田地。不久接獲晉元帝駕崩的消息，張駿聚哭，告哀三天。適逢有黃龍在胥次的嘉泉出現，右長史泛禕對張駿說：“考察建興之年，是少帝開始興起的年號。皇帝凶死，理應改換年號。朝廷遠在江南，音訊隔絕，宜趁著黃龍出現改換年號，以突出吉祥的征兆。”
光初七年324年），漢趙封張茂為涼王，這是前涼稱王的開始。張駿、張重華父子在位期間是前涼的極盛時期，境內分置涼、沙、河三州，設西域長史於海頭，在今吐魯番地區設置高昌郡，統治範圍包括甘肅、寧夏西部以及新疆大部，史載其疆域“南逾河、湟，東至秦、隴，西包蔥嶺，北暨居延”。
五月，太寧三年五月十四日325年6月22日），張茂去世，在臨終時，拉著侄子張駿的手流淚說：“從前我們的先人以孝友著稱。自從漢朝初年以來，世代忠誠順從。華夏雖然大亂，皇上漂泊遷徙，你也應當謹慎地遵守人臣節度，不要有所喪失。我碰上天下大亂的時代，秉承先人的餘德，代理此州，以保全性命，在上想不辜負晉室，在下想保護百姓。然而官職不是朝廷任命的，職位出於私下的議論，苟且地以此成事。哪裡有什麼榮耀呢到了的那天，戴白色便帽入殮，不要穿朝服，以表達我的心誌。”享年四十八歲，共在位五年，諡號為成。前趙皇帝劉曜遣使贈張茂太宰，諡號成烈王。張茂死後無子，由侄子張駿繼位。[5]
光初八年325年），當時張駿全部占有了隴西之地，兵馬強盛，雖向東晉稱臣，但不使用東晉曆法。跳六佾之舞，樹豹尾之旗，設置的官僚府邸都比擬君王，隻是名稱略有區彆。又分出州西部邊境的三個郡設置沙州，東部邊境六個郡設置河州。二府的官僚無不稱臣。張駿又在姑臧城南修築城池，蓋謙光殿，用五彩描繪，用金玉裝飾，用儘了珍奇巧技。
在殿的四麵各蓋一座殿，東麵的叫宜陽青殿，春季三個月居住，禮服器物都依照東方之色；南麵的叫朱陽赤殿，夏季三個月居住；西麵的叫政刑白殿，秋季三個月居住；北麵的叫玄武黑殿，冬季三個月居住。殿旁都有當值內官的公署，全都與各方之色相同。到他晚年時就隨意遊玩居住，不再依照四季分彆居住。[6]
建武十一年345年），張駿封世子張重華為五官中郎將、涼州刺史。酒泉太守馬岌上言說：“酒泉的南山，就是昆侖的山體。周穆王見西王母，樂而忘歸，說的就是此山。這座山中有石屋玉堂，用珠璣裝飾，就像神宮一樣輝煌。應當修立西王母祠，以保佑朝廷無邊之福。”張駿聽從。
建武十二年346年）五月丙戌日張駿去世，共在位二十二年，享年四十歲，私諡文公，晉穆帝追贈諡號為忠成公，葬於姑臧大陵。張祚繼位後，追諡為涼文王，廟號世祖。
晉穆帝詔遣侍禦史俞歸拜重華護羌校尉、涼州刺史、假節。是時石季龍西中郎將王擢屯結隴上，為苻雄所破，奔重華。重華厚寵之，以為征虜將軍、秦州刺史、假節，使張弘、宗悠率步騎萬五千配擢，伐苻健。健遣苻碩禦之，戰於龍黎。
擢等大敗，單騎而還，弘、悠皆沒。重華痛之，素服為戰亡吏士舉哀號慟，各遣吊問其家。複授擢兵，使攻秦州，克之。遣使上疏曰：“季龍自斃，遺燼遊魂，取亂侮亡，睹機則發。臣今遣前都鋒督裴恒步騎七萬，遙出隴上，以俟聖朝赫然之威。山東騷擾不足厝懷，長安膏腴，宜速平蕩。臣守任西荒，山川悠遠，大誓六軍，不及聽受之末；猛將鷹揚，不豫告成之次，瞻雲望日，孤憤義傷，彈劍慷慨，中情蘊結。”於是康獻皇後詔報，遣使進重華為涼州牧。[21]
是時禦史俞歸至涼州，重華方謀為涼王，不肯受詔，使親信人沈猛謂歸曰：“我家主公奕世忠於晉室，而不如鮮卑矣。台加慕容皝燕王，今甫授州主大將軍，何以加勸有功忠義之臣乎明台今宜移河右，共勸州主為涼王。大夫出使，苟利社稷，專之可也。”
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歸對曰：“王者之製，異姓不得稱王；九州之內，重爵不得過公。漢高一時王異姓，尋皆誅滅，蓋權時之宜，非舊體也。故王陵曰：‘非劉氏而王，天下共伐之。’至於戎狄，不從此例。春秋時吳楚稱王，而諸侯不以為非者，蓋蠻夷畜之也。假令齊魯稱王，諸侯豈不伐之故聖上以貴公忠賢，是以爵以上公，位以方伯，鮮卑北狄，豈足為比哉子失問也。且吾又聞之，有殊勳絕世者亦有不世之賞，若今便以貴公為王者，設貴公以河右之眾南平巴蜀，東掃趙魏，修複舊都，以迎天子，天子複以何爵何位可以加賞幸三思之。”沈）猛具宣俞）歸言，重華遂止。
中後時期
353年，張祚乘張重華病死，即位的張曜靈年幼之際發動政變奪位，張祚自稱涼公，隨後稱涼王，給張軌以下的君主統統追加廟號和諡號。但張祚猜忌手握重兵的族人張瓘，就派兵攻殺他，張瓘也帶兵還擊，355年張祚戰敗被殺。張瓘立張玄靚為新任涼王。