皇族耶律大石躲避金朝人追击，从辽河上游地区转入新疆，建立西辽政权，统治新疆地区八十多年。13世纪初叶—14世纪时，新疆的天山以北地区大部分属于蒙古窝阔台汗国（原乃蛮故地）。今伊犁河流域曾设置阿里麻里（阿力麻里）等处行中书省，但不久就并入察合台汗国（原西辽故地）。今乌鲁木齐一带曾设置别失八里行中书省，后新疆大部分地区长期被察合台汗国统治，仅东部为大元帝国辖地。
14世纪之后.明朝初年，为防范漠北的鞑靼和瓦剌势力，于哈密等地区设置卫所；而以西则为蒙古人统治。16世纪中叶，吐鲁番部强