到垂簾聽政階段。
在之後的二十年間，唐軍發動了對西突厥的一系列遠征，
唐高宗發大軍分南北兩道進攻西突厥，一舉滅掉了西突厥，
在657年西突厥徹底投降，西突厥領土全部為唐所有。
顯慶、龍朔年間（661-663年），唐軍平定西突厥，轄區擴大至今阿爾泰山西至鹹海及蔥嶺的東西各部直至阿姆河兩岸城的諸城邦國包括今新疆大部分。
公元670年，安西四鎮曾經被吐蕃攻佔，
公元693年，武周再次佔領。
唐朝咸亨元年，公元670年，安西都護府治所移至碎葉城。
唐朝打敗西突厥後，統一了西域各地，公元702年，唐朝又在北庭（現吉木薩爾）設立了北庭都護府，管轄天山以北地區。
後又升為北庭大都護府，管理天山北麓及新疆東部地區的軍政事務，而安西大都護府管理天山南部和蔥嶺以西的廣大地區！
唐朝中央政府對西域各地實行的是藩漢分別管理制度，
即在漢民集中居住的伊州、西州和庭州等地，
行政上採用與內地一樣的府、州、縣、鄉、裡管理制度；
經濟上推行“均田制”（唐朝田制）與“租庸調製”（唐朝賦稅制度）；
軍事上實行“府兵制”（唐朝軍事制度）。
非漢民聚居區，則設定“羈縻府州”，即繼續維護當地本民族首領的行政管理制度，冠以唐朝都護、都督、州刺史的名號，允其以舊俗治理其部眾。
唐玄宗年間（公元712年—公元756年在位），
唐朝又在兩大都護府之上設“磧西節度使”，是當時全國八大節度使之一。
公元755年，中原地區爆發“安史之亂”（唐代安祿山、史思明發動的叛亂），大批駐守西域的唐軍被調往內地，吐蕃則趁機佔領南疆及北疆部分地區。
吐蕃是藏族的祖先，六世紀末興起於青藏高原，佔領青海後，開始與唐朝爭奪西域。
唐朝安史之亂後，勢力大減，吐蕃政權則趁機加緊了對西域的進攻，一度佔領了新疆大部分地區，
公元840年，回鶻由蒙古高原西遷而來，建立了以吐魯番為中心的西州回鶻政權和以喀什噶爾為中心的喀喇汗王朝，
這兩個王朝與當時的于闐王國共同組成了西域地區三個並立的政權。
由於回鶻汗國的西遷，不久，
公元866年，吐蕃最終退出了西域。
回鶻，原稱回紇，是鐵勒（中國古族名）諸部之一。
最初活動於色楞格河和鄂爾渾河流域，後遷居土拉河北。
公元744年，發展壯大了的回鶻於漠北建立政權，並兩次出兵幫助唐朝中央政權平息“安史之亂”。
公元840年，回鶻汗國因自然災害侵襲、統治集團內訌及黠戛斯（中國古老民族）的進攻等原因而崩潰，其部眾大部分向西遷徙。
其中一支遷往今吉木薩爾和吐魯番地區，後建立高昌回鶻王國；
還有一支遷往中亞草原，分佈在中亞至喀什一帶，與葛邏祿、樣磨等民族一起建立了喀喇汗王朝，
自此，塔里木盆地周圍地區受高昌回鶻王國和喀喇汗王朝統治，當地的居民和西遷後的回鶻互相融合，這就為後來維吾爾族的形成奠定了基礎。
9世紀中葉後，吐蕃和回鶻都衰落下來，這一地區進入混戰時期。
9世紀之後的中原王朝無暇顧及西域，西域出現了幾個國家並列存在的局面。
其中主要有高昌、黑汗王朝和于闐等地方政權。
公元840年，漠北迴鶻汗國覆滅高昌與喀喇汗王朝後，