都护府又改称单于大都护府，以殷王李旭轮（唐睿宗）遥领单于大都护。自此以后单于大都护一职多为亲王遥领，由副大都护、副都护实领。永淳元年（682年） 突厥贵族阿史那骨咄禄、阿史德元珍等第三次暴动，“招集亡散，据黑沙城反”，重建后突厥，并很快兴师南下“入寇并州及单于府之北境”，与唐争夺漠南之地。在突厥强劲的攻势下，唐原单于都护府辖境急剧丢失，突厥降户亦纷纷倒戈、投向突厥一边，都护府徒具空名，仅仅成了一个驻防突厥进攻南下的一个军事据点。垂拱二年（686年），单于大都护被降为镇守使。陈子昂曾于垂拱四年（688