برخی از مورخان عقیده دارند که در سده‌های ۷ و ۶ پیش از میلاد، بخش‌هایی از تاجیکستان امروزی، همچون ناحیه‌هایی در درهٔ زرافشان، پیش از پیوستن به شاهنشاهی هخامنشی، بخشی از کمبوجه بوده‌است.پس از شاهنشاهی هخامنشیان، اسکندر مقدونی در سال ۳۲۹ پیش از میلاد به آن سوی جیحون و سیحون لشکرکشی کرد که جنگ‌های آن چندین سال به درازا کشید. در دفع مقدونیان، اسپنتمان، سرداری سغدی از خود رشادت‌ها نشان داد. سلوکوس یکم جانشین اسکندر در متصرفات شرقی او، آپاما دختر اسپنتمان را به عقد خود درآورد و فرزندشان آنتیوخوس پس از پدر به سلطنت ایران و سوریه رسید.پس از اسکندر، تاجیکستان بخشی از دولت یونانی بلخ شد. تاجیکستان شمالی (شهرهای خجند و پنجکنت) بخشی از سغد شدند، مجموعه‌ای از دولت-شهرهایی که توسط سکاها و قبای کوچ‌نشین یوئه‌چی در حدود سال ۱۵۰ پیش از میلاد اداره می‌شدند. جادهٔ ابریشم از میان این منطقه می‌گذشت و چانگ چیان در زمان امپراتور وو، باعث ایجاد روابط اقتصادی بین دولت یونانی بلخ و دودمان هان شد.کوشانیان که مجموعه‌ای از قبایل یوئه‌چی بودند، در سدهٔ یکم میلادی بر بلخ چیره شدند و تسلط خود را تا سدهٔ ۴ میلادی حفظ کردند. در قلمرو کوشانیان افزون بر دین مزدیسنا که از دیرباز در آنجا رایج بود، آیین‌های مانوی و بودایی نیز رواج داشت. آیین بودا به احتمالی از جانب کانیشکا حمایت می‌شد و فراوانی آثار بودایی در دو سوی جیحون گواه بر نفوذ فرهنگ هندی در آن صفحات است.در اواخر سدهٔ چهارم میلادی، باختر و تخارستان از قلمرو دولت کوشانی به تصرف ساسانیان درآمد. در نیمه‌های سدهٔ ششم میلادی اقوام تُرک بیابان‌گرد به‌تدریج به آسیای مرکزی آمدند و با ساسانیان درگیر شدند. در این زمان سرزمین‌های کنونی تاجیکستان جنوبی و ازبکستان و ترکمنستان در تصرف ایران و نواحی شمالی در دست ترک‌ها بود. این نوآمدگان رفته‌رفته با ایرانی‌زبانان درآمیختند و ایشان را در خود مستحیل ساختند. در اواسط سدهٔ ۶ میلادی، هپتالیان را مغلوب کردند و دولت پهناور، اما نامتمرکزی را به وجود آوردند که ماوراءالنهر و از جمله شهرهای سغد را تابع خود ساختند.در آستانهٔ حملهٔ اعراب، سغد و بلخ دو کانون مهم تمدن ایرانی بودند. سغد بیشتر به بازرگانی و صنعت‌گری و بلخ بیشتر به کشاورزی گرایش داشت و این وضعیت تا امروز نیز در شمال و جنوب تاجیکستان مشهود است. به فراخور گذران متفاوت، اوضاع اجتماعی دو سرزمین نیز تفاوت داشت. بلخ همانند باخترِ فلات ایران از قدیم دارای دولت بزرگ و متمرکز بود که عواید آن از دهقانان صاحب ملک تأمین می‌شد؛ بزرگ ـ مالکان در کوشک‌های منفردی می‌زیستند که پیرامونشان کشتزارها و روستاها حلقه می‌زد. اما سغدیان بیشتر شهرنشین بودند و هر شهر، دولتی مستقل به شمار می‌آمد. فرهنگ غالب در سغد بیشتر دنیوی و در بلخ بیشتر دینی بود. آنچه بر دورهٔ باستانی سغد و بلخ نقطهٔ پایان نهاد، فتوحات عرب در مرو، تخارستان، خوارزم و جز آن‌ها بود که یک سده به درازا کشید و با شکست سپاهیان چینی در سال ۷۵۱ میلادی در کارزار طراز چیرگی اعراب بر سراسر ماوراءالنهر مسلم شد.