厥最终于657年灭亡，670年安西四镇被吐蕃攻佔，而后十次易手；在693年最终被武周收复。702年在庭州设置北庭都护府，后又升为北庭大都护府，管理天山北麓及新疆东部地区的军政事务，而安西大都护府管理天山南部和葱岭以西的广大地区。唐玄宗开元年间，曾在两大都护府之上设碛西节度使，是当时全国八大节度使之一。非汉族聚居区，则设置羁縻府州。同时，还在龟兹、于阗、疏勒、碎叶（一度是焉耆）设军事建制，史称安西四镇。初期回鹘汗国与唐朝关系密切，安史之乱之后，回鹘势力逐渐强大，在之后的三十二年内逐步占领了天山山脉