唐朝在与西突厥、突骑施、吐蕃等势力的角逐中，又于疏勒、龟兹、于阗、焉耆等西域古国设立四军镇，合称“安西四镇”，并将设立于西州的安西都护府迁往龟兹，使其在天山以南塔里木盆地居中统辖西域。
到了公元702年，武则天在庭州设置北庭都护府。从此，安西都护府与北庭都护府分治天山南北，为唐王朝直接派驻的统治机构，肩负着抚宁西域的职责。
唐朝在西域实行与中原相同的州县制外，还实行羁縻州制度。天山南北，安西与北庭两大都护府分掌西域全境，地方分别设立州县或羁縻制的都护府、都督府。据《新唐书》记载：“自于阗以西、波斯以东，凡十六国，以其王都为都督府，以其属部为州县，凡州八十八，县百一十，军府百二十六。”
从此，安西与北庭南北相望，犹如屹立于西北绝域的旗帜，当来自世界各地的旅人踏上这片土地，他们也就来到了大唐。
这里，就是大唐。
开元、天宝年间，大唐国力达到鼎盛，唐玄宗在投入大量人力财力的情况下，牢牢控制住安西、北庭二府管辖区域，更将影响力延伸到了帕米尔高原以外。
边塞诗人岑参曾为安西北庭节度判官，与边防将士同甘共苦。他在《走马川行奉送封大夫出师西征》中，描述了天山下唐朝士兵行军的艰辛：“君不见走马川行雪海边，平沙莽莽黄入天。轮台九月风夜吼，一川碎石大如斗，随风满地石乱走。”
天宝十四载，安史之乱的到来倾覆了唐玄宗的盛世美梦，也彻底改变了天山南北的政治局势。
安史之乱后，西北兵马陆续入关靖难，河西、陇右相继被吐蕃攻陷，安西、北庭还未失守，却逐渐与朝廷失去联系。
唐代宗永泰二年，名将郭子仪的侄子郭昕临危受命，前往安西都护府协助西域唐军戍守，后来成为末任安西都护。
此后，安西、北庭都护府相互呼应，“扼吐蕃之背以护萧关”，与朝廷的联系却愈发困难，到后来，甚至完全不知朝中皇帝是哪位。
通古孜巴什古城遗址出土的两张借契，揭示了这个令人心酸的史实。其中一张借粮契，上面日期写为“大历十五年”。另一张《杨三娘借钱契约》更为完整，落款时间为“大历十六年”。
大历，是唐代宗的年号，但是这个年号只用了14年。所谓的“大历十五年”，是建中元年，“大历十六年”则是建中二年。此时的皇帝，已经是唐德宗。
建中二年，郭昕派出的使臣终于与朝廷取得联系，唐德宗得知安西、北庭竟然还有大唐将士驻守，大为震惊，当即下诏称赞其功：
二庭四镇，统任西域五十七蕃、十姓部落，国朝以来，相奉率职。自关、陇失守，东西阻绝，忠义之徒，泣血相守，慎固封略，奉遵礼教，皆侯伯守将交修共理之所致也。
但是，唐德宗对西域的态度模棱两可。建中四年，他先是在清水会盟承认吐蕃对河西走廊的侵占，同年又赶上了泾原兵变，愤怒的泾原镇士兵攻陷长安，把唐德宗赶出了京城。
仓皇出逃的唐德宗为了保命，甚至还向吐蕃示好，表示愿意割让安西、北庭之地，换取吐蕃出兵援助。
老臣李泌极力反对，毫不客气地怼唐德宗，说：“两镇之人，势孤地远，尽忠竭力，为国家固守近二十年，诚可哀怜，一旦弃之以与戎狄，彼其心必深怨中国，它日吐蕃入寇，如报私仇矣。”
您要是把安西、北庭让给了敌人，以后谁帮忙防着吐蕃？唐德宗这才作罢。
身处绝境之中，西域的大唐将士，孤立无援地坚守了数十年，年复一年，日复一日。
到了贞元六年，吐蕃发动三十万大军进攻北庭，末任北庭都护杨袭古所部寡不敌众，壮烈殉国。北庭都护府，至此沦陷。
北庭失守之后，吐蕃大军趁胜追击，继续攻打安西都护府。孤悬绝域的安西都护府经过长时间的坚守，最终于德宗朝，陷落于茫茫风沙之中。
那时，安西都护府的士卒，有的垂垂老矣，青丝熬成白发，有的早已离世，尸骨埋在异乡。
最后一战，城中皆是白发老兵。
唐军的踪迹消逝于西域后，天山一带先后由吐蕃、回鹘等势力控制。
1124年，契丹贵族耶律大石率领200名士兵，从辽朝末代皇帝天祚帝的大帐离开。
辽朝即将倾覆时，饱受亡国之痛的耶律大石，踏上了漫漫西行路。之后，他率领一支军队，沿着天山一路西征，建立了称霸中亚的西辽政权。
西辽历经五代统治者，立国88年，但在史书中鲜有记载。如今，通过对XJ的考古调查可知，西辽政权的遗址主要分布于天山一线。
蒙元崛起后，成吉思汗次子察合台在原西辽故地建立察合台汗国，极盛时兼有天山南北麓及阿姆河以东地方。
元世祖忽必烈上台后，察合台汗国宣布归附忽必烈。忽必烈为加强对西北地区的管辖，又置北庭都元帅府于天山北麓的别失八里，并派大批军队进驻屯田，其中有汉人、蒙古人、契丹人与女真人，世间沧海桑田，当年北庭都护府的盛况仿佛重现。
元明时期，以准噶尔盆地为中心的天山北麓崛起了另一支势力——卫拉特蒙古（即瓦剌，也称漠西蒙古）。