在薛延陀消亡后，大漠南北和中原地区实现统一，“凡三十年北方无戎马警”。至永淳元年（682年），云中都督府官员突厥人骨咄禄叛唐，自立为可汗，击败回纥等族，占领了漠北，逐渐发展至40万人。一般称之为后突厥。由于唐初政策的影响，其部属多不愿与唐为敌。武则天天册万岁元年（ 695年），唐廷遣使要求其归附唐朝，武则天授其可汗为左卫大将军、迁善可汗。因助唐平契丹叛军有功，又被封为颉跌利族大单于，但仍不断攻扰唐北部蔚（今河北蔚县）、定（今河北定县）、赵（今河北赵县）、原（今宁夏固原）、会（今甘肃靖远）等州，焚烧房室，抢掠人口、财物。唐军多次反击均失利或无功而返。景龙二年（708年），武则天采用“蔸乘训兵，屯田积粟，谨设烽燧，精饰戈矛，来则惩而御之，去则各而守之”的建议，采取了单纯防御战略。在黄河以北、阴山以南，构筑东、中、西“三受降城，绝其南寇之路”。三城相距“各四百里”，并置“烽候千八百所”。突厥遂将进攻矛头指向西域。但西域各族及其武力征服的各族，都不甘心受其奴役，大批大批地南下归唐。如开元二年（714年）葛逻禄等部首领12人至凉州降唐；西突厥十姓胡禄屋、鼠尼斯等部首领1300人率牧民2万帐至北庭都护府降唐。开元三年（715年），西突厥十姓各部前后率牧民1万多帐落降唐，特别是开元四年间，九姓铁勒的阿布思、思结、契、回纥、同罗等部的反抗斗争，此起彼伏，接连不断。其统治集团的内部矛盾也经常发展为武装冲突。其所属拔悉密、回纥、葛逻禄三部乘突厥内讧之机脱离独立。天宝四年（745年），回纥攻杀其可汗，后突厥政权遂告灭亡。其族众大部归附回纥，一部归唐，安置在灵武、丰州（今内蒙古河套西北）等地。
回纥是铁勒的一部，活动于天山东部、大漠以北，附属于突厥。隋末时联合铁勒的仆骨、同罗、拔野古部，摆脱突厥的统治。唐初曾以5000兵大败突厥效万骑，并获大批部众。贞观三年（629年）朝贡于唐，贞观二十年（646年）配合唐军击灭薛延陀，并归附于唐。李世民以回纥部为瀚都督府，封其首领为怀化大将军、瀚海都督。其部众受唐朝任命为都督、刺史、司马等官职的达数千人。为加强与唐朝中央的联系，从漠北修建一条南至漠南鹧鹈泉（今内蒙古湖格族西北）的“参天可汗道”，途置驿站68处。从此回纥地方与唐朝中央的关系极为密切，在平定西突厥阿史那贺鲁叛变中起过重大作用。武则天时，后突厥兴起，占据漠北，“回纥与契（苾）、思结、浑三部，渡碛徙甘、凉问”。天宝末年，唐常征其“骁壮以充赤水军骑士”；开元三年（715年）唐授其首领为“河西经略副使兼赤水军使”。开元七年（719年），唐凉州都督王君玼以私怨诬其首领承宗谋反，被唐流放。回纥部遂杀王君玼，叛唐占据河西。唐派军进讨，北奔归附后突厥。天宝初年后突厥内乱，回纥联合拔悉密、葛逻禄击败后突厥，势力渐强，建牙于鸟德健山（今杭爱山）、昆河（今鄂尔浑河）之间，再一次统一了漠北。首领骨力裴罗自立为可汗之初，即向唐“遗使言状”，要求和好。玄宗李隆基封其为怀仁可汗。此后回纥一直与唐保持亲密的关系，“安史之乱”时，成为支撑唐政权的重要力量之一。
唐与回纥双方为进一步加强关系，采取了和亲政策。但与历代中原王朝与边疆民族的和亲有很大的不同，是回纥公主首先嫁给唐宗室。至德元年（756年）唐派高宗曾孙、敦煌王李承窠出使回纥请救兵时，葛勒可汗以可敦妹嫁给李承案。千元元年（758年）肃宗李亨以幼女宁国公主嫁给葛勒，这是中原皇帝第一次以亲女嫁给边疆民族首领。以后，贞元四年（788年）德宗李适又以其第八女成安公主、长庆元年（821年）穆宗李恒以其妹太和长公主嫁给回纥可汗。在此期间还有三位唐宗室和大臣的女儿以公主身份出嫁回纥。由此可见唐中央与回鹘（贞元五年回纥可汗上表唐朝请将回纥改为回鹘）关系之亲密。
唐后期回鹘统治集团内争不息，开成五年（840年）回鹘为黠戛斯攻灭。黠戛斯也是铁勒的一部，贞观二十二年（648年）归附于唐，唐以其地为坚昆都督府，任其首领为左屯卫大将军、坚昆都督，一直与唐保持密切关系。干元中前后（约758年）被回纥击破，与唐的联系一度中断。灭回鹘后，又与唐恢复联系并归附于唐，直至唐亡。
吐蕃源出羌族，生活于今西藏和四川西部，隋唐之际，松赞干布建立了政权。贞观十五年（641年）文成公主嫁至吐蕃，双方交流增多，大量中原文化、经济传人吐蕃。显庆三年（658年）、五年（660年），吐蓍两次进攻吐谷浑，占领了今青海大部地区，即以之为基地，不断东侵。干封二年（667年）破十二羁康州，成亨元年（670年）进攻西域，迫使唐撒安西四镇，并侵占丁东部白州等十八州。唐军反击，在大非（今青海兴海境）为吐蓍军击败。仪凤元年（676年）吐着进攻鄯、廓、河、芳诸州（均在今青海、甘肃境），唐军反击再次失败于承风岭（今青海贵德西南）。高宗李治嘴