贞观四年（公元630年），不世名将李靖，仅仅以三千之众，奇迹般使得突厥主力土崩瓦解，而后与另一位大唐名将李世绩的配合之下，一举将东突厥彻底消灭。于是在大约50年中（630 － 682 年），东突厥汗国臣属于中国。和硕。柴达木的突厥碑文上记道：“贵族子弟，陷为唐奴，其清白女子，降作唐婢。突厥之匐，弃其突厥名称（或官衔），承用唐官之唐名（或衔），遂服从唐皇，臣事之者五十年。为之东征向日出之方，西征远至铁门。彼等之克国除暴，皆为唐皇。出力也。”唐朝利用投降的突厥军队作为先锋，在西域建立了自己的统治地位。
消灭突厥之后，唐朝正式开始了对西域的经营。在伊吾（哈密）、鄯善等国臣服于唐朝之后，唐朝又于贞观十四年攻灭了西域上的绊脚石—高昌国，建立了西州和安西都护府。此后唐朝连续剿灭了焉耆、龟兹、疏勒、于阗等二十几个不听话的西域小国，建立了以安西四镇为核心的西域统治体系。当时的安西四镇为龟兹（今新疆库车）、疏勒（今新疆喀什）、于阗（今新疆和田西南）、焉耆（今新疆焉耆西南），安西都护府则座落在龟兹镇。中国伟大的诗人之一李白，即是出生在西域的碎叶城中，这也算是唐朝经营西域的成果之一。
显庆二年（657 年），唐军灭西突厥汗国，将整个西域纳入了自己的掌控之下。唐朝在中亚碎叶川以东置昆陵都护府，以西置蒙池都护府，皆隶属于安西都护府。于是原臣服于西突厥的昭武九姓等中亚诸国纷纷归附唐朝，唐朝的直接统治已经伸延到帕米尔地区。（昭武九姓国即是位于今阿姆河（Amudar'ya ）及锡尔河（Syrdar'ya ）流域，原隶属俄罗斯并位居中亚细亚以南的的地域中，最远至咸海（Aral Sea）、里海以东一带的康国（Samarqand ）、安国（Boukhara）、石国（Chach ）、史国（Kesh）、曹国（Khebud）、何国（Koshana ）、米国（Maimargh）、燖（Khwaresm）、戍地（Betik ）等九个国家。该九国因其祖辈 世代居住甘肃祁连山昭武城，虽然分成九个国家，但仍以昭武为姓。所以历史上统称昭武九国，也被称作粟特（al-Sughd）诸国。当然还有对昭武九姓国另外的说法，那就是认为昭武九姓国不能代表九国,而是粟特城邦群体的总称,九为泛指.参看冯承钧先生,蔡鸿生.）
和汉朝仅仅是屯垦戍边不同，唐朝对西域是实实在在的开发和统治。首先唐朝在西域建立了十分完善的军政管理机构，以都护府为最高行政机关，下辖军事和行政两大管理系统，官有定员，职有专任。二是着眼于综合开发，使各方面建设相辅相成。因地制宜，既推行屯田制，又在东疆地区引进内地的均田制和租庸调制，对招募的屯民则实行租佃制和分成制。军事上推行兵农合一的府兵制，使驻军很好地担负起屯垦戍边的双重职责。三是尊重各民族的权益，不搞民族歧视。任命其本民族的首领管理其内部事物，各少数民族不必向中央政府缴赋税。这些政策使得以安西四镇为中心的西域地区开始繁荣兴旺起来。下面是安西都护府的具体统治范围。
唐朝西域各都督府的设立（各都督府下辖数个至十数个州）：
康居都督府，今撒马尔罕；
大宛都督府，今塔什干；
宁远都督府，今费尔干纳；
鸟飞州都督府，今瓦克汗走廊；
至拔州都督府：今塔吉克斯坦的达尔瓦兹地区；
天马都督府：今塔吉克斯坦的卡非尼河盆地，下辖落那与束离两州。 ；
悦班州都督府：今乌兹别克斯坦迭脑；
高附州都督府：今阿、塔边界一带。下辖2 个州；
王庭州都督府：今塔吉克西南；
姑墨州都督府：今乌兹别克斯坦苏尔汉河口；
月氏都督府：今阿富汗昆都士，下辖25州；
大汗都督府：下辖15个州；
旅獒州都督府：今土库曼与阿富汗之间安德胡伊一带；
奇沙州都督府：今阿富汗西北希巴干；
昆墟州都督府：今土库曼斯坦木耳加河一带；
修鲜都督府：今喀布尔，公元619 年归附大唐表示，辖10州；
写凤都督府：今阿富汗巴米扬，辖5 州；
条支都督府：今阿富汗南部，辖9个州；李白有诗云：“洗兵条支海上波”，因此有人认为唐朝军队可能曾越过阿富汗到达阿拉伯海边；
波斯都督府：今锡斯坦。阿拉伯哈里发东侵后，波斯不能抵挡，王子亲赴长安求援。唐朝册封定立三代波斯王室后裔为波斯都督，有的晋封为波斯国王，在今阿、巴、伊边境一带立国，但终于未能恢复萨珊王朝在波斯本土的王统。
