贞观二十年（646年），又一举消灭了薛延陀汗国，至此大漠南北广大地区皆为唐的势力范围。唐朝廷在漠北设立安北都护府，在漠南设立单于都护府，建立了南至罗伏州（今越南河静）、北括玄阙州（后改名余吾州，今安加拉河地区）、西及安息州（今乌兹别克斯坦布哈拉）、东临哥勿州（今吉林通化）的辽阔疆域。在西北，贞观四年，唐朝廷在伊吾七城设立西伊州，开始经营西域。贞观二十二年（648年），郭孝恪击败龟兹国，把安西都护府治所迁至龟兹。在东北，644年唐太宗征讨高句丽未果，唐高宗在668年乃联合新罗灭高句丽，设立安东都护府。