纷改投唐朝，尊称唐太宗为「天可汗」。西突厥西抵波斯，北并疏勒，控制了丝绸之路。唐于640年攻克高昌城（今新疆吐鲁番东南），设安西都护府。802年平定焉耆，806年平定龟兹，安西都护府迁至龟兹，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。