مسلمانان حدوداً از سال پنجاه تا اوایل دههٔ ۱۳۰ مهمترین ولایات این منطقه را فتح کردند و اسلام به‌تدریج در میان مردم نفوذ یافت. در سده‌های ۳ و ۴ قمری، ماوراءالنهر شاهد بالندگی فرهنگ و تمدن ایرانی، و رواج مجدد بازرگانی و صنعتگری بود. جغرافیانویسان آن روزگار ماوراءالنهر را در زمرهٔ آبادترین سرزمین‌های اسلامی توصیف کرده‌اند. کاوش‌های باستان‌شناسی نیز از رشد و توسعهٔ شهرها و افزایش بی‌سابقهٔ جمعیت در آن دوران حکایت دارد. دورهٔ سامانی که با نوزایی فرهنگی ماوراءالنهر و خراسان قرین بود، از نظر تاریخ‌نگاران معاصر تاجیک آخرین مرحلهٔ تشکل قومیت تاجیک به شمار می‌آید. اهمیت این دوره بیشتر به سبب ظهور زبان ادبی فارسی دری است که در نهایت شالودهٔ ملیت تاجیکان آسیای مرکزی و علت وجودی جمهوری تاجیکستان شد. با فراگیر شدن فارسی دری در مقام زبان ارتباطی اقوام ایرانی، زبان‌های ایرانی سغدی، بلخی و خوارزمی به تدریج رنگ باختند و فرهنگ‌های محلی نیز در فرهنگ پهناوری که ادب فارسی جلوه‌گاهش بود، آمیخت. در فاصلهٔ ۲۶۱ تا ۳۸۹ قمری تاجیکستان بخشی از قلمرو سامانیان بود تا اینکه ترکان قراخانی با تصرف بخارا، سامانیان را سرنگون کردند و بر آسیای مرکزی مسلط شدند.در نیمهٔ دوم سدهٔ پنجم ترکان سلجوقی با هجوم به آسیای مرکزی، قراخانیان را خراج‌گزار خود کردند. سلطان محمد خوارزمشاه در ۶۰۹ قمری قراخانیان را سرنگون کرد. مهاجرت ترکان از جانب شمال باعث شد که پس از سامانیان و غزنویان، ماوراءالنهر به تصرف دودمان‌های ترک درآید که خود سرانجام مغلوب حملهٔ مغول شد. با ورود مغولان به آسیای مرکزی از ۶۱۷ تا ۶۱۹ قمری دولت خوارزمشاهیان فروپاشید. در حملهٔ مغول به فرغانه، تیمور ملک حاکم خجند، تسلیم نشد و در برابر مغول‌ها از خود مقاومت نشان داد. تیمور ملک را شاعران و نویسندگان معاصر تاجیک در مقام قهرمان ملی ستوده‌اند و بارها موضوع آفرینش‌های ادبی قرار داده‌اند.