护府迁至龟兹，统管于阗、高昌、焉耆、龟兹四镇。唐高宗显庆二年（657年），苏定方、萧嗣业大败西突厥。西突厥最终在唐军的数次打击下覆亡。西域至此成为唐朝的势力范围，期间唐军与当时的另一大帝国大食国开始交往。不过随着时间转移，天宝十载（751年），唐朝在与大食国阿拔斯王朝的怛罗斯战役中失败，安史之乱后，唐朝势力也基本退出了中亚地区。东突厥灭亡后，常年臣服突厥的回纥又受到了薛延陀的控制。647年，回纥联合唐击溃薛延陀。唐高宗永淳二年（682年），阿史那骨咄禄在蒙古高原称汗，东突厥复国（史称后突厥），开始南迁。