元年（304年），八王之乱导致长安尽毁，张轨派凉州铁骑三千，东奔京师保卫天子。同年鲜卑贵族若罗拔能反叛骚乱，张轨派司马宋配征讨叛敌，斩杀若罗拔能，俘虏十余万人，张轨威名大震。晋惠帝派遣使者任命张轨为安西将军，并封为安乐乡侯，食邑一千户。又升张轨为车骑将军、开府辟如、仪同三司。

元熙二年（305年）张轨大规模修建姑臧城、休屠城，在此二城基础上增设四城，共六城。姑臧城本是匈奴人所建，南北长七里，东西长三里，地势有龙的形状，所以又称卧龙城。汉末博士、敦煌人侯瑾对他的门徒说：“日后城西边的泉水会枯竭，将有双座楼台立于泉水潭上，与城东门相望，其中定有霸者出现。”到曹魏嘉平年间，郡里长官果然建造学馆，在城西泉水潭上筑起两座楼台，与城东门正好相遥望。至此时，张氏便成为西北霸主。

元熙四年（307年），刘渊起兵杀奔洛阳，青州王弥已攻至洛阳津阳门，晋廷震惊，满朝文武纷纷逃难。凉州北宫纯受上司张轨命令援救洛阳，恰逢匈奴兵至，北宫纯入城见过司徒王衍，受命与东海王司马越率军出击，北宫纯原为前驱，便命令其只近千人的凉州卫队至洛阳城门列阵抗敌，史称“永嘉之乱”，导致洛阳尽毁。

元熙五年（308年），刘渊称皇帝并令刘聪率兵再次南进，大败东海王司马越，再次抵达洛阳城关。张轨又派北宫纯入援洛阳。北宫纯率西凉军队夜袭匈奴大营，杀死刘聪部下征虏将军呼延颢，令大司空呼延翼死于军中内乱，凉州军获胜，由于其他各路勤王军的陆续到达，逼迫刘聪退军。

同年张轨因患中风而不能说话，命儿子张茂代管凉州。酒泉太守张镇暗中召引秦州刺史贾龛以取代张轨，秘密遣使到京师，请求尚书侍郎曹祛任西平太守，图谋构成相依互佐之势。张轨别驾麹晁想独断专行作威作福，又派使者到长安，告诉南阳王司马模，声称张轨身体残废，请求朝廷让贾龛代替张轨，而贾龛也准备接受这一任职。贾龛之兄责备贾龛道：“张公是当今名士，在凉州威名卓著，你有何德何能可去代替他”贾龛便打消了这一念头。朝廷又任命侍中爰瑜为凉州刺史。治中杨澹快马奔驰到长安，将自己的耳朵割下来放在盘子上，诉说张轨遭人陷害，南阳王司马模便上疏朝廷制止了更换刺史之事。

晋昌郡人张越是凉州的大族，有谶言说张氏雄霸凉州，张越自以为自己的才干能力可以应验此言。张越从陇西内史升任梁州刺史。张越志在统辖凉州，便托病回到河西，暗中谋划取代张轨，派其兄张镇及曹祛、麹佩传书各郡废免张轨刺史之职，以军司杜耽代理州事，让杜耽上表朝廷请求任命张越为凉州刺史。张轨发出命令道：“鄙人在凉州八年，不能安定地方，又适值中州叛军作乱，秦陇危急，加之身患重病命在旦夕，因而真心考虑隐退让贤。只是职位所在责任重大，不便马上了结心愿。不料有人无端兴起事变，这实在是不明白鄙人之心。鄙人把离开凉州贵地看作如同脱掉脚上的鞋子”张轨打算派主簿尉髦拿着疏表进京，同时准备车马，预备回宜阳养老。

凉州长史王融、参军孟畅用脚踩断张镇发送的文告，推门而入劝谏张轨道：“晋室多变，人民涂炭，实在依仗明公安抚西方。张镇兄弟胆敢放肆作乱，应宣明其罪行而诛杀叛党，不能成全他们的野心。”张轨默然。王融等实行戒严。

武威太守张琠派儿子张坦快马奔赴京师，上表朝廷说：“魏尚安抚边疆反而获罪，赵充国尽忠报国反而遭贬，这都是前代历史中值得讥讽而当今可引为借鉴的事。顺阳吏民怀念太守刘陶，为他守墓者多达千人。张刺史来治理凉州，好比慈母抚育赤子，凉州百姓爱戴张轨，好比干旱季节的禾苗迎得甘雨。听说朝廷听信流言，打算更换刺史，百姓惊慌不安，如同将要失去父母。当今戎夷胡人扰乱华夏，不宜轻率搔动一方。”

永凤二年（309年），张轨任命其子张寔为中督护，率兵讨伐张镇。又派张镇的外甥太府主簿令狐亚前往劝导张镇说：“舅舅何不审时度势看清成败安危张公在凉州德高望重，兵马如云，这就像烈火已熊熊燃烧，你却等待江汉之水来浇火；溺于洪流，指望越地之人来救助，岂不是鞭长莫及数万大军已兵临城下，惟有诚心诚意归顺官府，才能使亲人平安，延续门户，保全家族幸福。”张镇痛哭流涕说：“我这是为他人所误”罪名加到功曹鲁连身上并将其斩首，向张寔投降谢罪。张寔率部南进讨伐曹祛，赶走了曹祛。

张坦从京师洛阳赶回，晋怀帝特下诏慰劳张轨，依准司马模所奏，下令诛杀曹祛。司马模家族与张氏关系颇好。此时张轨大喜，赦免州内死罪以下的叛党，命令张寔率尹