克东部、吉尔吉斯北部楚河流域。自显庆元年（656年）至麟德元年（664年），这期间，是武则天为皇后辅佐唐高宗到垂帘听政阶段。在之后的二十年间，唐军发动了对西突厥的一系列远征，唐高宗发大军分南北两道进攻西突厥，一举灭掉了西突厥，在657年西突厥彻底投降，西突厥领土全部为唐所有。显庆、龙朔年间（661～663年），唐军平定西突厥，辖区扩大至今阿尔泰山西至咸海及葱岭的东西各部直至阿姆河两岸城的诸城邦国包括今新疆大部分。670年，吐蕃进入安西，673年，唐朝重新控制安西；678年，吐蕃取龟兹等四镇；679年，唐将崔知辩率军击吐蕃，占领龟兹、硫勒等四镇；687年689年，武则天削减安西防务，吐蕃趁机进占安西四镇；692年，武威军总管王孝杰大破吐蕃，复收安西四镇，重置安西都护府于龟兹，驻唐兵3万。755年唐朝被自己的严重内讧安史之乱削弱，公元790年左右，吐蕃占据西域北庭，公元790年以后，吐蕃占据安西。不久之后，回鹘驱逐吐蕃，占据西域。怀信可汗（795805年在位）时，回鹘驱逐吐蕃，控制北庭。回鹘保义可汗（808821年在位）时，回鹘势力已向西扩展至焉耆、龟兹。9世纪中叶后，吐蕃和回鹘都衰落下来，这一地区进入混战时期。
9世纪之后的中原王朝无暇顾及西域，西域出现了几个国家并列存在的局面。其中主要有高昌、黑汗王朝和于阗等地方政权。840年漠北回鹘汗国覆灭高
昌与喀喇汗王朝后，由西迁西域的回鹘人汇同其他操突厥语诸族建立地方政权。于阗是古老的塞人居地。唐亡后，于阗尉迟王族执政，与中原地区往来密切，因曾受过唐朝册封而自称李姓。
黑汗王朝在10世纪和11世纪控制今日的新疆西部，同一时期回鹘的一支在新疆中部定居。辽国覆灭前夜，宗室耶律大石率部西迁，在占据西州回鹘和黑汗国旧地后，向西扩展到阿姆河流域，大石于1132年（一说1131年）称帝，建立西辽政权。疆域包括天山南北，帕米尔高原以西至咸海以南的阿姆河西岸，巴尔喀什湖东北至蒙古西部。
元明时期
1206年，蒙古帝国建立，1271年改国号为元朝。蒙元时期西域大部分地区为成吉思汗次子察合台的封地即察合台汗国。另外元朝在今伊犁河流域曾设置阿里麻里（阿力麻里）行省，但不久就并入察合台汗国。又在阿姆河
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新疆
南岸曾设立行省，后并入伊利汗国。今乌鲁木齐一带曾设置别失八里行省，后一度被察合台汗国占据，后期重新成为元朝的辖地。
明代在西域处于退缩状态，在今克什米尔东北和藏西设置俄力思军民元帅府；1406年，又设立哈密卫，任用当地世族首领为各级官吏统辖当地军政事宜，维持商贸通道安全，对西域地区实施羁縻控制。洪武三年（1370年）察合台汗国灭亡后其后裔建别失八里，都城在别失八里（今吉木萨尔北破城子），永乐十六年（1418年）迁都亦力把里（今伊宁）。15世纪中叶，吐鲁番部强大，1472年，哈密等卫所一度被吐鲁番攻破，诸卫内迁，后复，1514年再度被并，明朝最后退守嘉峪关。明朝中叶，东察合台汗国演变为叶尔羌汗国。
清朝时期
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新疆
17世纪，准噶尔（蒙古的一支）叛乱，并攻打外蒙古。1697年，清军击败了准噶尔，控制了新疆东部。雍正皇帝时，贵州东南部新辟疆土亦称新疆。当时，西域新疆和云南、四川、贵州等地新纳入清王朝统治之下的地域，统称“新疆六厅”。《清史稿》载“十二年，哈元生进新辟苗疆图志，以尹继善督云、贵，而复有黔苗之变。初，苗疆辟地二三千里，几当贵州全省之半，增营设汛，凡腹内郡