越过莫贺延碛，依绿洲水源向天山北麓靠拢，便进入到了著名的吐鲁番盆地。这是天山东部一块绿洲低地，面积在5万平方公里以上，最低点是盆地南缘的艾丁湖，低于海平面154米，由于四周有高山环绕，地势特别低凹，阳光照射后的地面辐射热量不易蒸发，以致夏季气温极高，6月-8月平均气温常在35-38℃左右，风蚀沙地的地表温度往往在70℃以上，最高处在吐鲁番以西的一处沙地上，最高温度曾达到82.3℃，故吐鲁番盆地素有"火洲"之称。盆地中北部长100公里，宽10公里，最高处为海拔85米的小山，因其山岩呈红色，故名"火焰山"。《西游记》中的孙悟空三调芭蕉扇的故事原型便在这里，由于夏季高温，盆地内水份蒸发快，天山以北夹带水汽的气流被盆地吸引南下，十分易形成对流性阵雨，于是吐鲁番盆地又多次出现暴雨骤至成灾的记录，孙悟空借来芭蕉扇，扇灭大火，导致倾盆大雨，也是有根据的。 吐鲁番盆地成为生命绿洲，实赖天山融雪的滋润，天山及支脉上流下的小河川很快被戈壁沙砾掩盖，形成地下潜流，吐鲁番的地下引水工程，即坎儿井。依王国维的《西域井渠考》论证：新疆地区的坎井皆源于汉代的井渠法，水工选择山水溢出处依次开凿竖井，以竖井口内掏挖地下暗渠，每隔20-30米挖竖井一口，彼此暗渠相通，竖井壁与暗渠壁均有水渗出，形成地下暗流，地势高处的竖井深60-70米，出水口的竖井差不多接近地面，再将水引向储水的涝坎，最后用小渠引入千家万户、果园农田。由于天山融雪数量减少，地下潜流发生变化，坎井也不可能长期使用。目前吐鲁番地还有近1,000条，其中吐鲁番市436条，鄯善县396条，年出水量5亿立方米，每条坎井的长度均在3,000米以上，但都是使用一、二百年的井，木头沟发现两条废弃坎井，约300年历史，这说明每条井使用的时间不过200年左右，汉晋隋唐时的坎井已无踪迹，坎井的变化说明吐鲁番地区的水资源发生了变化，天山融雪并非取之不竭的水库，这是维护丝绸之路遗产时必须考虑的问题。
