咸亨四年(673年)，年仅十八岁的郭元振考中进士，被任命为通泉县(今四川射洪)县尉。在任内，郭元振常做些违法之事，甚至铸造私钱、掠卖人口，百姓对他非常厌恶并深以为苦。至少到长寿二年(693年)为止，郭元振还在通泉县任上。

后来，武周皇帝武则天得知此事，将郭元振召入京城，准备将他治罪，却在与他交谈之后，发现他才华横溢，便索要他的文章。郭元振便把自己所作的《宝剑篇》呈上，武则天大加赞赏，让学士李峤等人进行传阅，并任命他为右武卫铠曹参军，后又进封奉宸监丞。

离间吐蕃

万岁通天元年(696年)，吐蕃请和，武则天命郭元振出使吐蕃。吐蕃大将论钦陵要求武周撤去安西四镇的守军，并求取十姓突厥之地。郭元振道：“安西四镇、十姓突厥与吐蕃是不同民族，现在请撤朝廷守军，难道不是有兼并的打算吗?”论钦陵道：“吐蕃如果贪求土地，想成为中原的边祸，则会东侵甘州(今甘肃张掖)、凉州(今甘肃武威)，怎会谋利于万里之外呢!”于是派遣使者随郭元振入朝提出上述请求。

当时，朝廷对此犹豫不决。郭元振上奏道：“论钦陵要求罢兵割地，这是利害的关键，确实不应轻易作出决定。现在如果直接拒绝他，肯定会招致很深的边患。四镇的利益距离我们很远，但是甘州、凉州的受害离我们很近，不可不慎重考虑。应当用计策拖延时间，使他和好的希望未断绝就好了。那四镇、十姓，吐蕃是很想得到的，而青海、吐谷浑也是国家的要地。我么不如答复：‘四镇、十姓之地，本来对中原没有什么用处，所以派兵戍守，是想安定抚慰西域，分散吐蕃的军力，使吐蕃不能全力东侵。现在如果吐蕃无东侵的打算，就应当归还我吐谷浑各部及青海故地，而西突厥五俟斤部也应当归还吐蕃’。这样便足以堵住论钦陵的嘴，而且也未与他断绝关系。如果论钦陵稍有违背，则是他无理在先。而且四镇、十姓诚恳归附已久，现在如果不考察他们的向背、事情的利害，就远远地抛弃他们，恐怕要使各国伤心，不是控制四夷的良策。”武则天听后，同意了他的建议。

郭元振又道：“吐蕃百姓为徭役和兵役所苦，早就愿意与我们和好;只有论钦陵图统兵专制的私利，不想归附。如果我们每年都派去表示和好的使者，而论钦陵常不从命，则吐蕃百姓对论钦陵的怨恨就会日益加深，盼望得到国家的恩惠就会日甚一日，他要想大规模动员他的百姓，肯定就困难了。这也是逐渐离间的办法，可以使他们上下猜疑，祸乱从内部产生。”武则天深表赞同。

后来，吐蕃君臣果然相互猜忌。圣历二年(699年)，吐蕃内乱，论钦陵被诛杀，其弟赞婆率部降周。武则天闻讯后，命郭元振与河源军大使夫蒙令卿率骑兵前往迎接。

治理凉州

久视元年(700年)，吐蕃大将麹莽布支入寇凉州，被凉州都督唐休璟击退。郭元振也因参与军机，被封为主客郎中。

长安元年(701年)，郭元振升任凉州都督、陇右诸军州大使。当时，凉州南北不过四百多里，突厥、吐蕃常来侵扰，凉州军民深以为苦。郭元振到任后，在南部边境的硖口修筑和戎城(今甘肃古浪)，在北部边境的沙漠中设置白亭军(今甘肃民勤东北)，控制了凉州的交通要道，将凉州边境拓展了一千五百里。从此，突厥、吐蕃的兵马再也无法到州城侵扰。

郭元振又让甘州刺史李汉通实行屯田政策，充分利用当地的河流土地从事农业生产。此前，凉州地区的谷子每斛高达数千钱，而屯田后，一匹细绢就可以换到数十斛粮，积存的军粮可供数十年之用。

郭元振擅长安抚、统治百姓，在凉州任职的五年中，深受当地各族百姓敬仰，并且法令严正，军纪严明，使得治下牛羊遍野，路不拾遗。

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