阿史那彌射和阿史那步真的南道軍馬及時跟進，與蘇定方會師，人歡馬叫，氣勢如虹。十姓部落首領(lǐng)見阿史那賀魯大勢已去，紛紛率眾歸降，口稱阿史那彌射和阿史那步真為“舊主”。

在唐軍鍥而不舍、窮追猛打之下，阿史那賀魯和兒子咥運逃竄至石國（今塔什干），被石國國王繩捆索綁送往唐營，獻于唐將蕭嗣業(yè)。阿史那賀魯被押解回長安“獻于昭陵，告于太社”，西突厥汗國滅亡。原先臣服于西突厥的中亞諸國紛至沓來誠心歸屬，唐朝奪回了西域的掌控權(quán)。

為有效管理眾多歸附的部落和民族，唐王朝效仿漢朝西域都護府的建制，在全境設(shè)置了九大都護府，職責是“撫慰諸藩，輯寧外寇”。

唐朝在西域設(shè)置了兩大都護府：安西都護府和北庭都護府。

安西都護府管轄天山南麓、直至蔥嶺以西、阿姆河流域廣闊地區(qū)；北庭都護府管轄天山北麓包括阿爾泰山和巴爾喀什湖以西的廣大地區(qū)。此時，唐朝疆域空前廣大，趕往長安朝拜的使者絡(luò)繹不絕。

因唐朝開拓進取，國力強盛，文人墨客都有投筆從戎，建立功勛的強烈愿望，楊炯大呼“寧為百夫長，勝作一書生”。李白豪邁地說“愿將腰下劍，直為斬樓蘭”。就連杜甫也賦詩“男兒生世間，及壯當封侯”。岑參說“功名只向馬上取，真是丈夫一英雄”。

唐朝的邊塞詩洋溢著壯美陽剛之氣，體現(xiàn)了大唐盛世奮發(fā)有為、慷慨激昂的民族精神。此后，漢民族再無這種銳意進取、蓬勃向上的精神，成為絕唱。

唐王朝勃興崛起的同時，青藏高原上的吐蕃國和大食國（阿拉伯）也興盛起來，與唐王朝在西域展開激烈的爭奪戰(zhàn)。唐與吐蕃、突騎施、大食之間，屢次發(fā)生錯綜復(fù)雜的軍事沖突。伊斯蘭教伴隨著大食的入侵，傳入中亞和西域。這一時期，各種宗教文化在西域碰撞融合，對后世影響深遠。

公元755年，“安史之亂”爆發(fā)，唐王朝的軍隊節(jié)節(jié)敗退，朝廷調(diào)動駐守河西、隴右、安西都護府和北庭都護府的精銳之師回內(nèi)地平叛，西域的軍事、政治力量陷入虛空。歷時7年之久的叛亂雖被平息，但唐朝元氣大傷，由盛而衰，宋人司馬光在《資治通鑒》一書中感嘆：“由是禍亂繼起，兵革不息，民墜涂炭，無所控訴，凡二百余年。”

吐蕃趁機攻占了隴右、河西地區(qū)，切斷了西域與唐朝來往的通道。唐王朝甚至都不知道安西都護府是存是亡，安西都護府孤懸塞外，駐守將士恪盡職守，堅持了35年之后，安西四鎮(zhèn)被吐蕃攻陷。唐朝徹底結(jié)束了對西域長達一個半世紀的控制和經(jīng)營。吐蕃占領(lǐng)了整個西域，阻擋了阿拉伯帝國向東擴張的勢力。隨著葛邏祿、回鶻部落的崛起，吐蕃被迫撤出西域。