随着大唐帝国的兴起，同时代也有两个强国正在悄悄崛起，一个就是青藏高原上有史以来最强大的帝国-吐蕃帝国，还有就是中东崛起的阿拉伯帝国。这两个帝国同唐帝国一起成为了这段时期西域历史的主角。
先由吐蕃谈起，吐蕃是今天我国藏族的祖先，又是公元七至九世纪于青藏高原建立的古藏人帝国的名称。早在新石器时代，青藏高原上就有人类居住。东汉时，诸多西羌部落，如越巂羌（即牦牛部）、发羌、唐旄羌等先后徙入今西藏地区，并逐渐同当地土着居民孟族融合。至隋时，在今西藏和青海西南等地分布着苏毗（在今藏北和青海西南）、羊同（在今藏西北）、女国（在今藏西、葱岭南）、附国（在今川西和西藏昌都地区）、牦牛部（在今西藏山南地区）等羌人部落和政权。其中，以牦牛部落建立的吐蕃政权实力最强。约在隋末唐初，吐蕃赞普（即国王）朗日论赞兼并了苏毗。其子弃宗弄赞即位后（629-650年在位），又征服了羊同，进而统一了西藏高原，定都逻些城（今拉萨）。贞观八年（634），遣使与唐通好。十五年（641），太宗以宗女文成公主出嫁赞普。自是唐蕃结甥舅之好，“和同为一家”。为巩固新生的王朝,弃宗弄赞采取了一系列重大措施:划分行政区域,加强吐蕃历史上沿用已久的仪事会盟制度,强化赞普权力;在吐蕃王朝各级官员的设置上，仿照唐朝的官制。吐蕃王朝司法事务的官员“喻寒波掣逋”（意为整事大相），即系唐蕃会盟碑中译成汉文的“刑部尚书”。吐蕃建立的军事组织，在相当程度上是松赞干布仿照唐朝的府兵制搞起来的。后来，吐蕃王朝还仿照唐朝皇帝的年号以制定自己的年号，如藏王赤祖德赞就在唐蕃会盟碑中使用了“彝泰七年”的年号。并且还减轻赋税,与民生息,发展生产,繁荣经济；创制藏文,发展文化等等，之后吐蕃日益强大，这个奴隶制的军事帝国在7世纪60和70年代，开始大规模扩张，这扩张始于吐蕃王弃宗弄赞并且一直持续到他650年死去以后。吐蕃的力量朝各个方向渗透，进入西藏高原西部、云南和四川的边境地区以及尼泊尔，往北进入塔里木和现青海省的肥沃的牧场（当时是吐谷浑的领土）。由于弃宗弄赞的一系列功绩，吐蕃人尊其为松赞干布。而此时高宗朝廷的主要精力放在高丽战争方面，对吐蕃的日益增长的威胁有一段时间未能给以充分的注意，这个失误导致了唐朝与土蕃长达百余年的战争。
飞速扩张的吐蕃在吞并了吐谷浑之后很快就将他们的目光放到了繁荣富裕的唐朝身上，而安西四镇的兴旺自然引起了吐蕃的觊觎，于是在公元670年唐高宗咸享元年吐蕃对安西都护府发动了第一次攻击，拉开了两国争夺西域的序幕。此后唐朝与吐蕃在四镇几番争夺，四镇数度易手，终于唐朝在公元692年武周长寿元年，由唐武威军总管王孝杰与武卫大将军阿史那忠节联兵攻破吐蕃，安西四镇的争夺战终于暂时告了一个段落。
下面罗列一下这其中反复的战斗过程。
咸亨元年（670）吐蕃陷安西，四镇罢
上元二年（675）唐朝收复安西四镇
仪凤三年（678）吐番西取龟兹等四镇
调露元年（679）唐朝复置龟兹、碎叶、于阗、硫勒四镇
永隆元年（680）吐蕃又攻陷龟兹等四镇
永淳元年（682）安西副都护王方翼平西域，恢复龟兹等四镇
垂拱元年（685）吐番攻占龟兹等四镇
垂拱二年（686）唐朝金牙军收复龟兹等四镇
永昌元年（689）吐善击斩安西都护阎温古，破龟兹等四镇
武周长寿元年（692）武威军总管王孝杰大破吐蕃，复收四镇，重置安西都护府于龟兹，驻唐兵3万。
也许有人会问，唐朝原先在西域拥有那么大的优势，为何几乎是一夜之间便风光不再，变成了和吐蕃进行长时间艰苦的拉锯战的局面？通过分析历史我们可以看到，原来当时唐朝国内发生了相当大的灾荒，而且这样的灾荒居然年年发生，从总章二年（公元669年）开始，水、旱、霜、虫，几乎是无灾不有，唐帝国的基础国力受到了很大的损害，无法应付连年用兵后所带来的巨大军费开支，所以一度罢安西四镇，在西域方面唐军开始处于守势。但是灾荒过后，渐渐恢复起来的唐帝国立刻开始了对吐蕃的反攻，但是此时吐蕃已经在西域站稳了脚跟，唐军的反攻并不是一帆风顺，而是反复进行占领与被占领的战斗，在双方拚尽全力的死斗中，胜利女神终于站在了唐军的一边，以王孝杰大破吐蕃，复收四镇为标志，唐朝终于又在西域站稳了脚跟。
吐蕃在西域受挫之后，也不得不承认唐朝的实力，吐蕃史料里面就有描写：“圣神赞普鹘提悉补野，自天地浑成，入主人间，为大蕃之首领，……建万世不拔之基业焉。王曾立教法善律，恩泽广被，内政修明、熟娴谋略，外敌慑服，开疆拓土，权势增盛，永无衰颓。此威德无比雍仲之王威严煊赫，是故，南若门巴天竺，西若大食，北若突厥、拔悉蜜等虽均可争胜于疆场，然对圣神赞普之强盛威势及公正法令，莫不畏服俯首，彼此欢忭而听命差遣也。东方之地曰唐，地极大海，日之所出，此王与蛮貊诸国迥异，教善德深，典籍丰闳，足以与吐蕃相颉顽。”（王尧编着《吐蕃金石录》，文物出版社，1982年版，P43.）从这段出自吐蕃之口的话可以看到，吐蕃将其周边的天竺、大食、突厥、拔悉蜜等均列入了“莫不畏服俯首，彼此欢忭而听命差遣”之国。而在吐蕃眼中，唐朝则是唯一“与蛮籍诸国迎异，教善德深，典籍丰闳”并“足以与吐蕃相颉顽”的文明大国，唐朝在吐蕃心目中的这种强大和显赫的地位，正是军事上的胜利和文化上的强盛带来的。
在武则天当政的时代，唐朝的对外国策是比较保守的，因而建树不多。而对内武则天可以说是唐太宗真正的继承者，她发掘了一大批贤能之士，发展经济，休养生息，使得唐帝国的国力又有了较大的发展，为“开元盛世”奠定了坚实的基础。