當(dāng)高仙芝率大軍抵達(dá)石國(guó)時(shí)，石國(guó)國(guó)王向唐投降，高仙芝允諾與石國(guó)和好，但是不久卻違約出兵攻打石國(guó)，血洗城池，擄掠人口，并將石國(guó)國(guó)王俘獲，交給朝廷處死。高仙芝因軍功被授予右羽林大將軍。石國(guó)王子逃往阿拔斯王朝求救，阿拔斯王朝決定乘機(jī)進(jìn)軍中亞。

751年，高仙芝自安西出發(fā)，渡蔥嶺，越沙漠，三個(gè)月后抵達(dá)怛羅斯。但此時(shí)的怛羅斯已經(jīng)由阿拉伯軍隊(duì)守衛(wèi)，于是，高仙芝令唐軍圍攻怛羅斯。阿拉伯方面在接到唐軍圍攻的消息后，東方總督艾布?穆斯林遣部將塞義德?本?侯梅德率領(lǐng)千人左右前往救援，自己親率1萬人前往，準(zhǔn)備大戰(zhàn)。此外河中地區(qū)的1萬駐軍在齊雅德的帶領(lǐng)下也奔赴怛羅斯。高仙芝攻城五日未果，阿拉伯的援軍抵達(dá)，從背后突襲了唐軍，唐軍中的葛邏祿部雇傭兵見局勢(shì)不妙，發(fā)生了叛變，致使唐軍陣腳大亂。在阿拉伯騎兵的沖擊下，唐軍潰敗。高仙芝不得不率領(lǐng)殘兵逃往安西。

兩大帝國(guó)的交鋒以唐朝方面的大敗落下了帷幕，這表明，兩大帝國(guó)在爭(zhēng)奪中亞領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的斗爭(zhēng)中，唐朝失去了對(duì)中亞的領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。而后不久唐朝爆發(fā)了安史之亂，為了平定內(nèi)亂，西域的守軍被大量調(diào)往內(nèi)地，唐朝在西域的勢(shì)力甚是空虛。長(zhǎng)期與唐朝在蔥嶺一帶進(jìn)行斗爭(zhēng)的吐蕃則趁機(jī)入侵。

安史之亂后，唐朝國(guó)力下降，邊防空虛，再也無力經(jīng)營(yíng)西域了，唐朝的勢(shì)力逐漸退出中亞。阿拉伯帝國(guó)雖然在怛羅斯戰(zhàn)役中獲勝，但阿拉伯人并不是一個(gè)人數(shù)十分龐大的民族，控制從西班牙到北非再到中亞這廣闊的領(lǐng)土，已經(jīng)達(dá)到阿拉伯人武力控制的極致了。再加上唐朝勢(shì)力退出西域后，吐蕃勢(shì)力趁機(jī)進(jìn)入，取代了唐在西域的地位，對(duì)阿拉伯帝國(guó)的東進(jìn)也形成了牽制。因此，在怛羅斯戰(zhàn)役后，阿拉伯帝國(guó)在中亞的疆域也穩(wěn)定下來。