自隋炀帝开始之后，中原王朝又一次控制经营西域。

公元七世纪初，唐朝代隋而兴。

公元630年，原属西突厥的伊吾城（今哈密）主率所属七城归顺唐朝，唐朝设西伊州（后改称伊州）。

公元640年，唐朝发兵攻下了高昌城，于该地置西州，又于可汗浮图城（今吉木萨尔）设庭州；

同年在高昌设安西都护府，后迁至库车，改置为安西大都护府，

统一管理龟兹、疏勒、于阗、碎叶（今吉尔吉斯斯坦的托克马克市）安西四镇。

安西四镇，辖境相当今新疆及哈萨克东部、吉尔吉斯北部楚河流域。

自显庆元年，公元656年，到麟德元年，公元664年，

这期间，是武则天为皇后辅佐高宗到垂帘听政阶段。

在之后的二十年间，唐军发动了对西突厥的一系列远征，

唐高宗发大军分南北两道进攻西突厥，一举灭掉了西突厥，

在657年西突厥彻底投降，西突厥领土全部为唐所有。

显庆、龙朔年间（661-663年），唐军平定西突厥，辖区扩大至今阿尔泰山西至咸海及葱岭的东西各部直至阿姆河两岸城的诸城邦国包括今新疆大部分。

公元670年，安西四镇曾经被吐蕃攻占，

公元693年，武周再次占领。

唐朝咸亨元年，公元670年，安西都护府治所移至碎叶城。

唐朝打败西突厥后，统一了西域各地，公元702年，唐朝又在北庭（现吉木萨尔）设立了北庭都护府，管辖天山以北地区。

后又升为北庭大都护府，管理天山北麓及新疆东部地区的军政事务，而安西大都护府管理天山南部和葱岭以西的广大地区！

唐朝中央政府对西域各地实行的是藩汉分别管理制度，

即在汉民集中居住的伊州、西州和庭州等地，

行政上采用与内地一样的府、州、县、乡、里管理制度；

经济上推行“均田制”（唐朝田制）与“租庸调制”（唐朝赋税制度）；

军事上实行“府兵制”（唐朝军事制度）。

非汉民聚居区，则设置“羁縻府州”，即继续维护当地本民族首领的行政管理制度，冠以唐朝都护、都督、州刺史的名号，允其以旧俗治理其部众。

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唐玄宗年间（公元712年—公元756年在位），

唐朝又在两大都护府之上设“碛西节度使”，是当时全国八大节度使之一。

公元755年，中原地区爆发“安史之乱”（唐代安禄山、史思明发动的叛乱），大批驻守西域的唐军被调往内地，吐蕃则趁机占领南疆及北疆部分地区。

吐蕃是藏族的祖先，六世纪末兴起于青藏高原，占领青海后，开始与唐朝争夺西域。

唐朝安史之乱后，势力大减，吐蕃政权则趁机加紧了对西域的进攻，一度占领了新疆大部分地区，