两汉时期辽东“浮海”移民和东汉“海贼”张伯路事件也表明，胶东半岛往返辽东半岛的海路已常态化。据《后汉书》，从胶东半岛“浮海”辽东，从西汉初年开始整个两汉时期均有记载。如汉初文帝三年的王仲、王莽时期的逢萌、东汉末年的太史慈、邴原、管宁、国渊、王烈等，都曾经“浮海”辽东。《后汉书·法雄传》载，对于“海贼”张伯路事件，法雄曾言，“贼若乘船浮海，深入远岛，攻之未易也”。同篇还有“贼复惊恐，遁走辽东，止海岛上。五年春，乏食，复抄东莱间，雄率郡兵击破之，贼逃还辽东”等记载。“海贼”可以往返于辽东和东莱间，并居于海岛之上，可见这条海路之畅通。元封二年(公元前109年)秋，汉武帝遣楼船将军杨仆率水军自齐跨越渤海，遣左将军荀彘率领陆军南下鸭绿江，共同出兵朝鲜，杨仆走的应该也是这条海路。
战国中晚期，据《史记·封禅书》，“自威、宣、燕昭使人入海求蓬莱、方丈、瀛洲”。这条始于新石器时代的北方海上丝绸之路由于这一时期中原的战乱导致人口的迁徙、贸易的发展以及齐燕国君对海上仙境及不死之药的追求而再次焕发出生机。
东汉王充所撰《论衡》就提到西周时期“倭人献鬯草”，班固《汉书》也说“乐浪海中有倭人，分为百余国，以岁时来献见云”。说明日本列岛和中原王朝在这一时期已有官方接触。据《史记·货殖列传》记载，春秋时期的齐国“冠带衣履天下”，齐国都临淄成为当时的纺织业中心，也推动了齐国其他地区和邻近地区纺织业的发展。文献记载，战国时期齐地的丝织物有锦、绸、纱、罗、纨、绮、缟等多个品种。《墨子·非乐》说，“妇人夙兴夜寐，纺绩织纴，多治麻丝葛绪……此其分事也”。秦国的李斯在论及各国输入秦国的贵重物品时就提及产自齐地东阿的“阿镐之衣”。汉代在临淄建立三服官手工工场，其规模与设在长安的东西织室相比毫不逊色。
秦汉之际，这条海路交通日渐繁忙，成为连接我国东部沿海地区和辽东半岛、远至朝鲜半岛乃至日本列岛的常态化海路通道。秦始皇统一天下后，亦对海上仙境及不死之药兴趣浓厚。对此，《史记·封禅书》和《史记·秦始皇本纪》均有记载。徐福入海求仙人神药，前后历时8年，数次往返。与他同时因入海求仙的还有卢生、韩众、侯生、石生等人，这是秦代官方组织的大规模航海活动。
日本在绳纹时代尚处于原始文化时期，弥生文化时期在外来文化影响下开始出现青铜器、铁器和纺织品，开始种植禾稻等，《魏志·东夷传》记载汉代的日本“种禾稻纻麻、蚕桑缉绩，出细缣丝”，正与考古发现情况相一致。日本纺织业的兴起，应是周秦汉魏时期在以齐鲁地区为中心的纺织业刺激下，沿着新石器时代就已经开始出现的这条环黄渤海沿岸地区的海路通道传播的。根据文献，魏晋时期日本和中国的中原王朝不仅互赠丝织品，还有纺织工匠交流技术的记载。文献结合考古资料，说明汉魏时期这条海路已经成为真正意义上的海上丝绸之路。
汉武帝对于入海求仙人神药之事也非常热衷。据《史记》《汉书》的相关记载，汉武帝在位54年间，至少8次巡行海岸，甚至亲自“浮海”航行。汉武帝前后40余年连续派遣方士“入海求蓬莱”，参与者往往以千万人计，虽然“终无有验”，但这些活动在中国航海史上都具有重要的影响。
而渤海航线也可能是“秦之亡人”远行的路径(王子今：《略论秦汉时期朝鲜“亡人”问题》)。据一些日本史书记载，东汉末年开始有一些原在朝鲜半岛居住的汉人南下日本列岛谋求安身之地，他们自称秦始皇后裔，其实是泛指来自中国之人，也是沿着这条北方海路南下日本列岛(朱亚非：《论早期北方海上丝绸之路》)。广泛分布于我国辽东半岛地区的石棚、朝鲜半岛的支石墓，在日本不少地区均有发现，这一文化遗存传至日本列岛无疑也是通过朝鲜半岛南部的海路传播的。
