太兴三年（320年），张寔被部下阎沙、赵卯等人杀害，左司马阴元等人认为张寔的儿子张骏年幼，于是推举张茂为大都督、太尉、凉州牧，张茂不听从，只接受使持节、平西将军和凉州牧的职位。于是诛杀阎沙及其党羽数百人，在境内实行大赦。又任命哥哥张寔的儿子张骏为抚军将军、武威太守，封西平公。
张茂为人高雅，有志向和节操，能决断大事。凉州大姓贾摹，是张寔的妻子的弟弟，势力压倒西土之人。在此之前，有民谣说：“手莫头，图凉州。”张茂认为民谣中说的是就是贾摹，便把他诱杀了，于是豪门大族都销声隐迹，张茂威严风行于凉地。
太兴四年（321年）二月，张茂修筑灵钧台，周围有八十多个城墙，地基有九仞高。武陵人阎曾夜晚敲门叫喊说，他是张茂的父亲张轨派来的，质问张茂为什么劳累百姓修筑灵钧台。姑臧令辛岩认为阎曾有妖术，请求杀掉他。张茂说：“我确实劳累了百姓。阎曾传述先君之令，怎么能说是妖术呢？”太府主簿马鲂劝谏说：“现在世上祸乱未平，只能崇尚道德，不宜兴起劳役大肆修造雕饰亭台楼榭。而且连年来，逐渐感觉到各种事务一天天比以往奢侈，每次修造经营，轻易地违反常规制度，这实在不是士人百姓对明公所期望的。”张茂承认是自己的过错，于是下令停止修造劳役。
太宁元年（323年）秋，张茂又在姑臧城大兴土木，修筑灵钩台，别驾吴绍劝谏说，曾经希望停止减少劳役，使下民休养生息。现在却又兴起土木劳动民众，这难道是百姓所期望于明君的吗？张茂说，现在事情没有平息，不能拘泥于常言，在艰难危急时怎能用太平时的道理来要求人呢？吴绍无言以对。
太兴四年（321年）十二月，张茂命令将军韩璞率领部众攻取陇西、南安地区，设置秦州。
太兴五年（322年），刘曜派他的部将刘咸在冀城进攻韩璞，呼延寔在桑壁进攻宁羌护军阴鉴。临洮人翟楷、石琮等驱逐令长，以县城响应刘曜，河西大为震动。参军马岌劝张茂亲自征讨，长史氾祎发怒说：“亡国之人又想干涉扰乱大事，可斩马岌以安定百姓。”马岌说：“氾公是读书人的糟粕，只会检举批评人的近视之才，不考虑国家大计。而且朝廷政务繁忙有几年了，现在大贼来到，不劳远方之师，远远近近的人心，都关注着本州，形势决定了不可不出战。再说应该拿出信勇的明证，以符合秦、陇之人的期望。”张茂说：“马生的话有道理。”于是出兵驻扎于石头。张茂对参军陈珍说：“刘曜凭借乘胜的声势掌握三秦之地的精锐，多年整治武备，士卒惯战，如果以精锐骑兵突然攻克南安，席卷河外，长驱而来的话，我们用什么计策对付？”陈珍说：“刘曜虽然乘着威势倚仗人多，但是恩德未行于天下，又加上关东地区与他离心不和，内患未除，精锐士卒很少，大多是氐、羌的乌合之众，终归不能舍弃关东近处之难不管，增加陇上的兵力，旷日持久地与我们比试高低。如果二十天之内不退走的话，陈珍我请求率领弱卒几千人为明公擒拿他。”张茂非常高兴，任陈珍为平虏护军，率步骑一千八百救援韩璞。刘曜暗中想要退兵而回，却声称要先取陇西，然后回兵消灭桑壁。陈珍招募征发氐、羌之众，击退刘曜，收复南安。张茂大为嘉赏他，拜任折冲将军。
太宁三年五月十四日（325年6月22日），张茂去世，在临终时，拉着侄子张骏的手流泪说：“从前我们的先人以孝友著称。自从汉朝初年以来，世代忠诚顺从。现在华夏虽然大乱，皇上漂泊迁徙，你也应当谨慎地遵守人臣节度，不要有所丧失。我碰上天下大乱的时代，秉承先人的余德，代理此州，以保全性命，在上想不辜负晋室，在下想保护百姓。然而官职不是朝廷任命的，职位出于私下的议论，苟且地以此成事。哪里有什么荣耀呢？到死了的那天，戴白色的便帽入殓，不要穿朝服，以表达我的心志。”享年四十八岁，共在位五年，谥号成。前赵刘曜遣使赠张茂太宰，谥号成烈王。张茂死后无子，由侄子张骏继位。
当初，张骏即位时，姑臧民谣说：“大雁南来雀乌不惊，谁说孤鹅尾翅生，两翼高举凤凰鸣。”到此时又收复了河南之地。[
咸和初年，张骏派武威太守窦涛、金城太守张阆、武兴太守辛岩、扬烈将军宋辑等率军东与韩璞会合，进攻讨伐秦州诸郡。刘曜派其部将刘胤前来抵御，在狄道城驻军集结。韩璞进兵越过沃干岭。辛岩说：“我们拥有数万之众，凭借氐、羌的精锐，宜速战消灭敌人，不能拖久了，久则生变。”韩璞说：“自从夏末以来，太白星干犯月亮，辰星逆行，白虹贯日，这都是大的变动，不能轻举妄动。如果轻举妄动而不能取胜，祸殃更深。我将要持久下去拖垮贼军。再说刘曜与石勒相互攻战，刘胤也不能持久。”相持达七十多天，军粮匮竭，派辛岩到金城督促运粮。刘胤听说了，非常高兴，对他的将士说：“韩璞之众是我军的十倍，羌胡都背叛了，不听从调遣。我军粮草将尽，难以长期坚持下去。现在贼虏分兵运粮，可谓是天授我良机。如果击败辛岩，韩璞等不战自溃。彼众我寡，必须死战。战而不胜，将会一匹马也不能生还，应该磨砺你们的戈矛，竭尽你们的智力。”众人都很奋发。于是率三千骑兵，在沃干岭袭击辛岩，将其击败，韩璞军崩溃，死者两万多人。缚住双手归来当面请罪，张骏说：“这是孤之罪，将军有什么耻辱！”全都赦免他们。刘胤乘胜追击，渡过黄河，攻陷令居，占据振武，河西大为震恐。张骏派皇甫该抵御他，在境内大赦。
适逢刘曜向东征讨石生，长安空虚。大肆阅兵练武，将要袭击秦、雍，理曹郎中索询劝谏说：“刘曜虽然东征，刘胤还留守根据地。道路险阻遥远，很容易防守。刘胤如果依靠氐、羌轻骑抵御我军，那么他横冲直撞很难预料；如果敌军停止东面战事来拒战，那么将不断地进犯我们。近年来频繁出战，兵马在近郊出现，外面有饥弱之民，内部的资财又消耗空虚，这难道是殿下所谓的爱民如子吗？”张骏说：“总是担心忠言不进，当面听从背后违反，我的政教有过失却没有匡正我的人。卿尽忠言规劝，深深地符合孤的心愿。”用羊酒向他表示敬意。
西域诸国进献汗血马、火浣布、挚牛、孔雀、大象以及各种珠宝珍奇二百多种。西域长史李柏请求攻击叛将赵贞，被赵贞击败。议论者认为李柏提出计划而导致失败，请求诛杀他。张骏说：“我总认为汉武帝的诛杀王恢，不如秦穆公的赦免孟明。”最后以减免死刑论罪，群心都悦服。张骏在新乡阅兵，在北面山野中狩猎，顺势征伐轲没虏，并将其击败。在境中下令说：“从前鲧被处死而禹兴起，芮被诛杀而缺被进用，唐帝因此而除去了洪灾，晋侯因此而成为五霸之一。法律规定犯死罪者，期功之亲不得在朝中任职。现决定都可以让其任职，只是不宜在宫内担任宿卫。”于是刑法清明而国富，群僚劝张骏称凉王，领秦、凉二州牧，设置公卿百官，依照魏武帝曹操、晋文帝司马昭的旧例。张骏说：“这不是人臣应该说的话。敢有说此事的人，罪在不赦。”然而境内都称他为王。百官又请张骏立世子，张骏不听。中坚将军宋辑对张骏说：“礼制中注重储君，大概是重视宗庙的原因。周成王、汉昭帝在襁褓中立为太子，实在是因为国家的继承者不能缺，储君应当早确定。从前武王刚建国时，元王当储君。建兴之初，先王在位，殿下正名为世子，何况现在国家更崇高，圣身亲自卓异独立，大业逐渐隆盛，太子之位怎能却缺人呢！臣认为国家有累卵之危，而殿下却认为比泰山还安稳，不是这样的。”张骏听取他的劝谏，于是立儿子张重华为世子。
在此之前，张骏派傅颖向成汉借路，呈送表章到京城。成汉武帝李雄不同意。张骏又派治中从事张淳向成汉称臣，假托此举以借路。李雄非常高兴。李雄又与南氐杨初有仇，张淳于是劝说李雄道：“南氐不像话，屡屡成为边境上的祸患，宜先征讨百顷，其次平定上珪。我们两国合力。席卷三秦，东面荡清许、洛，扫平燕、赵，在平阳接回二帝的灵柩，把皇帝迎回洛邑，这是英雄霸主之举，千载一时的机会。我们的国君之所以不远万里，派遣下臣冒着危险前来表达诚意，是因为陛下义名远扬，必然能同情我们国君为皇上效力的心志。天下的善事是相同的，请陛下考虑。”李雄生气了，假装同意，想把张淳丢到东面的山峡中去。成汉人桥赞秘密地把此事告诉张淳。张淳对李雄说：“我们国君之所以派小臣行走于荒无人迹的地方，通过许多蛮族的地区，不远万里来表达诚意，确实是因为陛下能主持正义同情戮力于王室之臣，能成全别人的美节。如果想要杀掉下臣，应当在都市之中公开进行，在众目之下公布，就说凉州不忘旧义，通使者到琅邪，为的是表示忠诚，向我们借路，他们主圣臣明，我们发现了把他杀掉。可以使义名远扬，天下畏惧威势。如果偷偷地杀死在江中，威刑不能显示，怎么足以声扬美好的功业，告示于天下呢？”李雄大惊说：“哪有这种事！我将放你回河西呀。”
李雄的司隶校尉景骞对李雄说：“张淳是个壮士，应当把他留下来任职。”李雄说：“壮士哪能被人留下，姑且按你的意思去观察观察他。”景骞对张淳说：“卿身体肥大，天气暑热，可暂且送手下官员回去，少住几日等天气凉快。”张淳说：“我们国君因皇帝被幽禁蒙辱，灵柩未回，天下之耻未雪，百姓生命危亡，所以派张淳我来出使，向大国表示诚意。所议论的事情重大，不是手下官员能传达得了的。如果是手下官员能解决的事，那么张淳我本来也就可以不来。即使有刀山火海，在所不辞，难道寒暑还值得躲避吗？”李雄说：“此人很勇武，不能为我所用。”赠厚礼送他回去。对张淳说：“贵主上英名盖世，地势险要兵力雄厚，为什么不称帝而在一方自乐呢？”张淳说：“我们的国君因其祖其父都是济世忠良，未能洗雪天人之大耻，解除百姓的危难，天晚了不记得吃饭，枕戈待旦。因琅邪王在江东重新振兴基业，所以不远万里辅佐奉拥，将要成就桓、文的事业，说什么自乐？”李雄面有愧色，说：“我祖我父也是晋臣，昔日与其他六郡避难来到此城，得到同盟者的推举，于是有了今天。琅邪王如果能在中原复兴大晋基业，我也将率众辅佐他。”张淳回到龙鹤，招募士卒护送表章，后来都送到京城，得到朝廷嘉赏。
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