在我们日常所知中，唐帝国与阿拉伯帝国之间发生了非常有名的“怛罗斯之战”，结局还是唐朝输了，最终唐帝国在西域地区的扩张结束，阿拉伯人将东方的工匠俘虏而去，为日后西方的文艺复兴等复兴运动埋下伏笔。但在实际上，唐帝国与阿拉伯帝国之间发生了不止一次战争，但在多次的战争之间，唐帝国仅在怛罗斯之战中输过，但是这场战争也是目前被流传的最广的。
开元三年，吐蕃与阿拉伯帝国共立了阿了达为王，随后发兵攻打大唐是藩属国拔汗那国，拔汗那王不敌联军，就向当时的安西都护府求救，时任监察御史的张孝嵩对安西都护吕休璟说“不救则无以号令西域”。随后唐军出马，击败吐蕃与阿拉伯联军，大军会师阿姆河岸，并屠灭敌人三城，吐蕃，阿拉伯帝国等不得不退避三舍。随后，唐军威武威震西域，八国遣使请降。
开元五年，吐蕃又联合阿拉伯帝国与突骑施进攻安西，再次被唐军击败。
开元六年，阿拉伯帝国准备入侵唐朝领土，但是被突骑施人围住，最后不得不靠赔偿金银才得以逃脱。
开元十年，大食呼罗珊已易将穆斯棱，往任之初即兴兵攻东拔汗那，突骑施奉诏出征，大破之。
开元十二年，阿拉伯帝国叶齐德二世死了，希沙木继任哈里发，再次派遣穆斯林东征军进攻东拔汗那，将东拔汗那都城围起来，唐军与阿拉伯军队爆发渴水日之战，阿拉伯军大败，主将战死，那些原本依附阿拉伯的小国此时为了自保，纷纷重新依附于唐朝。此次大败，让阿拉伯帝国东扩之路停滞了半个世纪。
天宝初年，青藏高原上的吐蕃逼迫小勃律迎娶吐蕃公主。小勃律国地处于吐蕃通往安西四镇的交通要道，其西北二十余国在吐蕃的武力压迫之下臣服于吐蕃，中断了与唐朝的朝贡关系。天宝六年，玄宗任命高仙芝为行营招讨使，率领一万步骑远征西域。高仙芝深知兵贵神速的道理，他率大军从安西出发，仅用百日便到达了小勃律国西北的连云堡。连云堡地势险要，尽管吐蕃派重兵把守，但是高仙芝更胜一筹，只指挥唐军仅用半日占领了连云堡。此后吐蕃聚集了十万军队准备反击，高仙芝利用黑夜视线模糊指挥大军渡河，又派李嗣业的陌刀队发起进攻，将吐蕃打的溃不成军，随后高仙芝攻占了小勃律国，在西域名声远扬；得此功绩，玄宗任命高仙芝为安西四镇节度使。天宝九年，高仙芝再度出征，灭掉了车师国，这也标志着唐朝在中亚扩张达到了极点。
公元750年，阿拔斯王朝（黑衣大食）取代了倭玛亚王朝（白衣大食）。在突骑施败亡之后，阿拉伯人卷土重来，以武力压迫中亚各国重新臣服于阿拉伯帝国。为了打破阿拉伯帝国在中亚的统治，高仙芝以石国没有遵守藩臣礼节为由，发动了灭石之战。石国逃脱的王子向阿拔斯王朝求救。
为了应对大食军队，高仙芝选择主动进攻，高仙芝率领联军三万长途奔袭七百余里，最后在怛罗斯与阿拉伯军队相遇。阿拉伯方面早有进攻安西四镇的意图，在得知高仙芝出击之后，迅速组织了十万大军赶往怛罗斯城，最后双方在怛罗斯河两岸展开决战。前期的唐军在高仙芝的指挥下一度压制住了阿拉伯骑兵，但是人数上唐军三万和阿拉伯的十万大军依旧无法相比，战至第五日傍晚，葛逻禄蕃兵突然反叛，使唐军的步兵与骑兵断绝了联系，阿拉伯联军趁唐军内乱之际，利用骑兵主力迅速突破唐军步兵。在阿拉伯联军与葛逻禄两方夹击之下，高仙芝不得不率副将李嗣业等人退往安西。此战唐军回到安西只有数千人，损失万人以上。但怛罗斯之战并没有使唐朝在西域的影响力受到动摇，另一名猛将封常清继续带领大唐军队在西域扩张，直至安史之乱才不得不终止。