Trong sự nghiệp chính trị, quân sự của mình, Mã Viện đã phục vụ vua Hán Quang Vũ Đế thống nhất đế quốc và các cuộc hành quân chống lại người Việt cũng như các bộ lạc Ô Hoàn ở quận Vũ Lăng.

Đội quân của Mã Viện đã đánh bại quân đội của lãnh chúa Ngôi Hiêu (隗囂) (khoảng năm 30-33), là người kiểm soát khu vực miền đông tỉnh Cam Túc.

Năm 34-35, Mã Viện cũng tham gia bình định người Khương ở khu vực hiện nay thuộc tỉnh Cam Túc và Thanh Hải.

Một trong những chiến thắng quân sự lớn nhất của ông là việc xâm lược, bình định Giao Chỉ. Năm 40, hai chị em Trưng Trắc, Trưng Nhị khởi nghĩa chống chính quyền Hán đô hộ Giao Chỉ; hai bà được các quận Cửu Chân, Nhật Nam, Hợp Phố hưởng ứng đã thu phục 65 thành. Trưng Trắc lên ngôi vua, tức Trưng Nữ Vương. Năm 41, Hán Quang Vũ Đế sai các quận Trường Sa, Hợp Phố chuẩn bị xe thuyền, sửa cầu đường và trữ lương đi đánh Giao Chỉ. Mã Viện làm Phục Ba tướng quân,[2] Lưu Long làm phó tướng sang đánh Giao Chỉ. Tháng 1 âm lịch năm 42, Mã Viện đem quân men theo đường biển, san núi làm đường hơn nghìn dặm, đánh nhau với Trưng Nữ Vương ở Lãng Bạc. Mã Viện thắng, tiến lên chiếm Mê Linh rồi lại đánh bại Trưng Vương ở Cấm Khê. Trưng Vương và em là Trưng Nhị đều tử trận. Mã Viện thu được Giao Chỉ, bèn tiến quân vào quận Cửu Chân đàn áp các nhóm quân còn sót của Trưng Vương. Mã Viện đi đến đâu cũng lập quận huyện, xây thành quách và đào sông tưới ruộng để dụ dỗ dân chúng. Năm 44, Mã Viện hoàn tất đàn áp đẫm máu người Việt; quân của ông cũng chết hại rất nhiều, chỉ còn 1 nửa so với lúc xuất phát.[3] Hán Quang Vũ Đế phong Mã Viện tước Tân Tức hầu, ban cho thực ấp 3.000 hộ[1].

Ông được một số người Hán tôn kính và các đền thờ ông đã được dựng tại một số nơi trong khu vực này trên lãnh thổ Trung Quốc. Vùng đất mà ông chinh phục có thể tương ứng với khu vực miền bắc Việt Nam hiện nay.

Năm 49, trong khi đem quân đi chống lại các bộ lạc Ô Hoàn ở quận Vũ Lăng (ngày nay là miền đông tỉnh Quý Châu và tây bắc tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc), Mã Viện qua đời trong một căn bệnh truyền nhiễm, cũng là bệnh đã giết chết một lượng lớn quân của ông.