当西突厥终告灭亡之际，整个西域被唐朝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（AralSea）、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（西域南海史地考证论着汇辑>,蔡鸿生（唐代九姓胡与突厥文化>）
对西域的开发，从汉朝就已经开始，西汉时期，张骞两次出使西域，史家称之为“凿空”，它是中西交通开拓的标志，建立了汉朝与西域诸国的直接联系，也揭开了中央政府开发和治理新疆地区的序幕。公元前60年，西汉王朝在西域设置“都护”，完成了对西域的统一。在此前后，西汉王朝为开发和治理西域实施了一系列措施，主要包括：
屯垦戍边。组织汉族军民进入西域地区实施屯垦、守卫边疆，是汉代经营西域的一项基本政策，为此专门设立了戊己校尉管理屯田事务，并对垦荒军民给予很多优惠政策。据史料记载，在西汉开发西域地区的100多年时间里，屯田军民共开荒50余万亩，不但解决了军粮问题，而且引入了先进的农业技术和生产方式，促进了当地经济的发展。
驻扎军队，修建国防及交通设施。为保证西部边境的安全和“丝绸之路的畅通，西汉政府在西域各商道上修筑了许多城堡和连绵不断的烽燧亭障，并部署军队戍守，兼管西域的交通。
因俗而治，实施宽松的民族政策。与匈奴奴隶主对西域各国横征暴敛相比，西汉朝廷实施了宽抚政策，基本上不向当地各族人民征收赋税。
西汉以后，由于中原地区多次出现分裂战乱的局面，即使出现统一的王朝，国力也相对较弱，因而对西域地区的开发时断时续，力度和规模都不及西汉。但到了唐代，西部开发又进入了一个新的阶段。唐代对西域地区的开发达到了前所未有的程度。从范围上看，以往的开发主要集中在南疆地区，而唐代在西域共建立了11个大的屯垦区，几乎遍布今天新疆的各个地区。从时间上看，唐朝在新疆的开发延续了161年，为以往任何朝代所不及。从人数上看，西汉时期新疆地区的屯田军队约2万人，此后历朝都只有数千人，而唐代新疆的屯田官兵达到5万余人。
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：唐朝在中亚南部暨阿富汗地区大规模建制行政区划有两次。
659年，设立了127个州县。（通鉴载"（659年）九月，诏以石、米、史、大安、小安、曹、拔汗那、北拔汗那、悒怛、疏勒、硃驹半等国置州县府百二十七）
661年，在兴都库什山以南的16国设立了8个都督府；76个州；110个县，126个军府。这些单位均受安西大都护府管辖。
早期建制的主要地区：（前面为今地名）
塔什干：当时称为“石国”。658年已经设立了大宛都督府。
费尔干纳：当时称为“宁远”。658年设立休循州都督府。
撒马尔罕：总称为“康”。631年设立康居都督府。
米国：在撒马尔罕南部。658年设立南谧州，任命刺史（唐朝的州长叫刺史）。
卡塔-库尔干：当时称为“何国”。641年设立贵霜州，任命刺史。
乌拉-提尤加：在宁远西南四百里，当时称为东曹。唐高祖时已经归附。
沙赫里夏勃兹：当时成为“史国”，642年设立佉沙州，任命刺史。
布哈拉：古代成为“安国”，设立安息州，任命刺史。
661年的区划设置主要在阿姆河中上游及今阿富汗境内。
经过这两次建制后，唐朝在中亚南部暨阿富汗地区的主要行政区划包括：
鸟飞州都督府：主要在今瓦克汗走廊——就是阿东部与我国相连的那个长尾巴。另管辖1个州，州治所在今萨尔哈德。
至拔州都督府：在今塔吉克斯坦的达尔瓦兹地区。
天马都督府：在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：治所在乌兹别克斯坦的迭脑。
高附州都督府：在今阿、塔边界一带。下辖2个州。汉朝时的高附指喀布尔，与唐朝的高附州都督府位置不同。
王庭州都督府：在今塔吉克的西南角。
姑墨州都督府：治所在今乌兹别克斯坦的苏尔汉河口。
月氏都督府：治所在今阿富汗的昆都士。下辖25个州。
大汗都督府：下辖15个州。
旅獒州都督府：在今土库曼与阿富汗之间的安德胡伊一带。
奇沙州都督府：治所在今阿富汗西北的希巴干。
昆墟州都督府：在土库曼东南的木耳加河一带。
修鲜都督府：治所在今喀布尔。公元619年已向唐表示归附。管辖10个州。
写凤都督府：治所在今阿富汗的巴米扬。管辖5个州。
条支都督府：在阿富汗南部，管辖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：不在伊朗，而是在今锡斯坦。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。
由于西域的稳定繁荣，商人们运送大量中国丝、丝织品和其它商品，东起长安安远门（西门），向西穿过河西走廊或经今新疆境内的塔里木河北面的通道，在今喀什以西越过葱岭，经大宛（今费尔干纳盆地）和康居南部（今撒马尼汗附近）西行；或经今新疆塔里木河南面的通道，在莎车（今莎车县）以西越过葱岭，再经大月氏（今阿姆河上、中游）西行。在木鹿城（今马里）交会后，然后向西经西椟城（今里海东南达姆甘附近）、阿蛮（今哈马丹）、斯宾（今巴格达东南）等地，到地中海东岸后，再转达罗马。这就是自汉朝以来东西文明的枢纽-丝绸之路。那时，中亚西域诸国从陆路到河西诸郡进行交易的有40多个国家。唐朝的许多城市，都有波斯人作生意。在长安和扬州两地，有波斯人酿造的名酒三勒浆出售。中国的商船也常在波斯湾上的港口停泊。许多商品如宝石、珊瑚、玛瑙、香料、药品、果品、狮子、鸵鸟等动物，石榴、胡桃、胡麻、菠菜等蔬菜和植物，由波斯输入中国，唐朝颇为流行的马球，也是从波斯引进的；中国的丝、纸、大黄、黄连等，也先后输入波斯，繁荣发达的唐朝深深吸引了世界各国的商人，而中国人也开始被世界称为唐人。
随着大一统国家实力的进一步加强和中原王朝与周边民族一体化关系的逐步确立，以及丝绸之路的畅通，唐代的国际地位进一步提高，隋代在周边民族中是以“圣人可汗”的姿态出现在舞台上，而唐太宗时期更以“天可汗”的地位受到各族的拥戴。再加上当时国力强盛、文化活跃、百姓生活水平比较高，各民族之间的往来比较频繁，所以不仅仅是海外贸易在唐朝十分发达，而且境内汉族与少数民族之间的贸易的规模也越来越大。唐代互市的基本内容是丝绢贸易和茶马贸易。实际上，隋唐时期是我国历史上民族贸易的转型时期，即贡赐贸易与互市同时并存的重要时期。贡赐贸易作为民族贸易史上的一种特殊形式，在唐代西北民族贸易中仍然占有比较重要的地位。据不完全统计，安史之乱前，西域前来唐朝的朝贡多达170余次。即是如此，当时的互通有无的互市已经发展起来。在历史积累的基础上，唐代的社会经济有了比较大的发展，国势有了进一步的加强，其中唐代实行了历史上少有的比较务实、开明的民族政策，这是唐代经济繁荣的一个不可忽视的原因。它在客观上达到了鼓励少数民族商人来内地从事交易的社会效果，也为吸收外来资金和商品、提高内地商品的影响力，创造了有利条件。由于大量少数民族商人的接踵而至，使得唐代内地的商品经济在一定程度上活跃起来。包括互市在内的唐代的比较开明的民族政策，是唐代国势强盛的基本条件之一。唐代最高决策者的“胡越一家”的意识，开创了唐代民族贸易的新局面。隋唐时期，互市有专门的政府机构，如隋代设有“交市监”机构管理包括民族间贸易之事宜。唐代初期沿用隋代的“交市监”互市管理机构，唐太宗贞观六年（632年）将交市监改名为“互市监”。武则天垂拱元年（685年），曾经一度改称为“通市监”，但是不久又恢复为“互市监”。机构的多次调整，表明最高决策者对民族互市的重视以及对理顺互市管理渠道的积极态度。
在唐帝国的控制之下，佛教在西域曾经一度占据了统治地位，铸造佛像、建寺、立塔、凿窟、举行浴佛和实行施食等社会事业特别盛兴。西域各地大小乘佛教并存流行。据史料载，唐朝统一西域诸地之后，其农业经济与西域传统的农业地区即所谓的“城郭之国”的农业经济正相吻合，而唐朝高度发展的经济更有力促进了西域经济的繁荣。这进一步为西域佛教的兴盛与发展打下了良好的物质基础。中原地区繁荣的佛教，在统一西域之后，又形成了一股强大的回流，对接近中原地区的西域东部的佛教给予了巨大影响。大量汉僧长期居于西域，建立庙宇，开凿石窟，讲经说法。在高昌、龟兹、焉耆等地的千佛洞中，大量唐代开凿的洞窟及具有浓郁唐风的壁画均说明唐朝时代促进了本地佛教的发展和兴盛。西域与中原各地佛寺林立，僧徒甚多，名僧大德倍出，译经数万，佛教的发展进入极盛时期。
虽然说史书上评价唐高宗是一个懦弱无能的皇帝，但是无论如何唐朝的军事力量和威望是在高宗时期达到了顶峰，甚至超过了太宗时期。这个时期唐朝控制的中华帝国的领土比它以前和以后都更为广阔，长安的影响已达到中亚和东亚的大部分地区，唐帝国也成为了丝绸之路主要守护者和拥有者。