置西州，又于可汗浮图城（今吉木萨尔）设庭州；同年在高昌设安西都护府，后迁至库车，改置为安西大都护府。在之后的二十年间，唐朝发动了对西突厥的一系列远征，西突厥最终于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