唐初西域处于西突厥控制之下，唐朝要战胜西突厥，解除西北边区的威胁，确保“丝绸之路”的畅通，则必须取得西域。大唐帝国自贞观四年至贞观二十二年，历时十八年分为四步完成了对整个西域的掌控。
第一步 置地西伊州
贞观二年（628）西突厥统叶护可汗为其伯父所杀，引起内乱，西域震动。
贞观四年（630）西突厥属地伊吾（今新疆哈密）城主举所属七城内附，并亲自入朝长安。唐太宗于其地置西伊州，作为经营西域的第一个据点。
第二步 扫灭高昌
隋唐之际，西域主要有高昌、焉耆、龟兹、于阗、疏勒等五个王国，天山以北是西突厥人生活地区。高昌国（今新疆鄯善、吐鲁番两县地）是中原王朝通向天山南北路的出口，古代中西交通的要道。国王麴氏原为兰州汉人，北魏景明元年（500）被推为王，故高昌在政治、文化各方面都模仿和学习中原王朝，经济、文化水平较高。“厥（其）土良沃，谷麦岁再熟，有葡萄酒，宜五果，有草名白叠（棉花），国人采其花，织以为布。有文字，知书计”。人口三万七千余，有兵一万余人。
唐高祖武德二年（619），高昌王麴伯雅遣使人贡，贞观四年（630）高昌王麴文泰入朝长安，太宗对他赠赐甚厚。高昌除贡献拂蒜狗、玄狐裘等方物外，“西域诸国所有动静，辄以奏闻”，双方关系协洽。时西域通内地之碛路已于隋末闭塞，西域商贾皆道经高昌，贞观六年（632）焉耆王突骑支请复开碛路以便往来，太宗许之。高昌王麴文泰闻之大怒，遣兵大掠焉酋，与西突厥乙毗陆可汗结盟，共同“遏绝西域商贾”，阻隔西域诸国与唐通商，对途经高昌的西域入唐贡使，任意拘留，抢掠贡品。并侵扰唐的伊州，扣留逃出西突厥取道高昌南返的汉人，傲慢唐使，挑拨薛延陀与唐的关系。
贞观十三年（639），太宗征麴文泰入朝，文泰称疾不至，于是决定出兵平定高昌。“时公卿近臣，皆以行经沙碛，万里用兵，恐难得志，又界居绝域，纵得之，不可以守，竞以为谏”。太宗力排众议，十二月命吏部尚书侯君集为交河道行军大总管，率薛万均及契芯何力部步骑数万以击高昌。
贞观十四年（640）麴文泰闻唐出兵，谓其国人曰：“唐去我七千里，沙碛居其二千里，地无水草，寒风如刀，热风如烧，安能致大军乎！往吾入朝，见秦、陇之北，城邑萧条，非得有隋之比。今来伐我，发兵多则粮运不给；三万以下吾力能制之。当以逸待劳，坐收其弊。若顿兵城下，不过二十日，食尽必走，然后从而虏之。何足忧也！”但出其意料，唐军很快兵临碛口，麴文泰忧惧不知所为，随即惊吓发病而死，子麴智盛继位。
（陈国公侯君集善能为千里奔袭，另一成名战讨平吐谷浑之战，也是千里追击，深入不毛，追的吐谷浑王伏允上天无路，入地无门，最终众叛亲离，为左右所杀，详见拙作《大唐帝国讨平吐谷浑始末，侯陈公千里追击剿伏允》 ）
时高昌童谣云：“高昌兵马如霜雪，汉家兵马如日月。日月照霜雪，回首自消灭。”八月唐军至田城（即田地城，今新疆鄯善西南鲁克沁），晓谕不下，攻半日而克，虏男女七千余口。大军直趋其都城高昌城（今吐鲁番东哈拉和卓堡西南），击败高昌军，直抵其城下。麴智盛力图固守，侯君集命填堑攻城，以撞车毁其城堞，炮车抛石，飞石如雨，又作巢车，高十丈，可俯瞰城中。城中大惧。初，麴文泰与西突厥乙毗咄陆可汗相约，有急相助，如唐兵至，“共为表里”。侯君集出兵，乙毗咄陆遣其叶护屯兵可汁浮图城，声援高昌。及唐军至，可汗畏惧，西走千余里，叶护以城降唐。麴智盛援绝计穷，开门出降。侯君集分兵略地，全部收回三州五县二十二城，东西八百里，南北五百里，户八千四十六，口三万七千七百。
平定高昌以后，唐太宗以其地置西州（治所在高昌城），并置安西都护府于交河城（在今新疆吐鲁番西北），留兵镇守，以可汗浮图城置庭州（治今新疆吉木萨尔县北破城子），侯君集虏高昌王及其群臣而还。“于是唐地东极于海，西至焉耆，南尽林邑，北抵大漠，皆为州县。凡东西九千五百一十里，南北一万九百一十八里”。
第三步 扫灭焉耆
焉耆国（国都在今新疆焉耆西南四十里城市附近）“东接高昌，西邻龟兹……典王姓龙氏，名突骑支，胜兵二千余人，常役属于西突厥。其地良沃，多葡萄，颇有鱼盐之利”。有户四千余，从事农牧，贞观初年焉耆王突骑支曾遣使于唐，贡献方物，并获准开通大碛商路，因而遭高昌袭掠。侯君集进攻高昌时，焉耆请为声援，高昌灭后，唐太宗诏以高昌所掠焉耆七百人还焉耆王。高昌既灭，西突厥笼络焉耆，其大臣屈利啜为其弟娶焉耆王突骑支女，与焉耆结为姻亲，互为唇齿，抗拒唐朝。
郭孝恪
贞观十八年（644）唐以安西都护郭孝恪为西州道行军总管，率步骑三千击焉耆。焉耆城四周环水，恃险而不设备，唐军倍道兼行，夜至城下，将士浮水而渡，至晓登城，俘其王突骑支，留王弟粟婆准摄国事而还。不久于其地置焉耆都督府。郭孝恪锁突骑支至洛阳，赦其罪，后太宗葬昭陵，刻突骑支石像列于陵前。
第四步 扫灭龟兹
龟兹国（在今新疆库车县一带）在焉耆之西，“有城郭屋宇，耕田畜牧为业”，“学胡书及婆罗门书、算计之事，尤重佛法”，“有良马、封牛（一种高背的大牛），饶葡萄酒”。矿产丰富，是我国最早用煤冶铁的地区之一。
唐高祖即位，龟兹遣使来朝，贞观四年（630）又遣使献马，太宗赠赐甚厚，自此每岁朝贡不绝。后臣服于西突厥，唐灭焉耆时，龟兹曾遣兵援焉耆王突骑支，至诃黎布失毕即位，断绝朝贡侵扰邻国，在西突厥乙毗咄陆可汗控制下，与唐为敌。
贞观二十一年（647）十二月以阿史那社尔为昆丘行军大总管，契芯何力为副总管，与安西都护郭孝恪等率唐兵及铁勒、突厥等兵合十余万击龟兹。
贞观二十二年（648）九月，阿史那社尔率军先破西突厥处月、处密二部，十月，引兵自焉耆之西趋龟兹北境，五道进军。龟兹大震，守将多弃城逃走。龟兹王诃利布失毕与其相那利率兵五万拒战，大败，逐北八十里。布失毕走保都城，阿史那社尔攻克之，由安西都护郭孝恪驻守。布失毕轻骑西走，保拨换城（故址即今新疆阿克苏），社尔攻四十日，拔拨换城，擒布失毕。其相那利逃走，引西突厥兵反扑袭都城，郭孝恪守备不严，于激战中阵亡，唐军力战，那利兵败被俘。阿史那社尔乘胜连下五大城，遣使前往各城晓示祸福，“降者七十余城，宣谕威信，莫不欢服”。唐灭龟兹，西域大震，各族首领纷纷摆脱西突厥的统治，服属于唐，贡使往还，通商不绝。于阗（在今新疆和田一带）王伏阁信闻阿史那社尔灭龟兹，遣使送骆驼三百峰以劳军。西突厥慑于唐军威力，亦“争馈驼马军粮”。阿史那社尔立龟兹王布失比之弟叶护为龟兹王，勒石记功而还。
数置安西四镇
唐政府为加强对西域地区的管理，设置龟兹、焉耆、于阗、疏勒四个军镇，统属于安西都护府，称为“安西四镇”。
高宗显庆三年（658）正月，龟兹大将羯猎颠，抗拒唐朝，遣杨胄率兵大破之，擒羯猎颠及其党与，尽诛之。以其地为龟兹都督府，立布失毕之子素稽为龟兹王兼都督。五月，徙安西都护府于龟兹。
高宗咸亨元年（670）四月，吐蕃陷西域十八州，又与于阗袭陷龟兹拨换城，高宗下令罢龟兹、于阗、焉耆、疏勘四镇。
高宗调露元年（679），西突厥连合吐蕃侵逼安西，吏部侍郎裴行俭乘送波斯质子归国之便，途经西州，“召四镇诸胡酋长”以畋猎为名倍道西进，猝至西突厥部落，擒其可汗阿史那都支及其别帅李遮匐而归，留副使王方翼于安西，使筑碎叶城（故址在前苏联吉尔吉斯北部托克马克附近），“乃以碎叶、龟兹、于阗、疏勒为四镇（元龟九六七）。与前异者用碎叶代焉耆”。至此，碎叶始为四镇之一。此为四镇二置之始未。
高宗永隆元年（680）七月，吐蕃陷龟兹、疏勒等四镇，“会东突厥离唐独立，北方多难，无暇西顾，武后垂拱二年（686）又弃安西。武后长寿元年（692），西州都督唐休璟请复取龟兹、于阗、疏勒、碎叶四镇，命王孝杰、阿史那忠节率兵击吐番，大败之，复取四镇，置安西都护府于龟兹，发兵戍之。是为四镇之三置。
是时四镇仍有碎叶而无焉耆。武后圣历二年（699），西突厥突骑施首领乌质勒移衙碎叶，其子娑葛继立，攻陷安西，四镇路绝。唐赦其罪，册为十四姓可汗，赐名守忠。守忠死，部将苏禄为酋长。玄宗开元七年（719），册拜突骑施苏禄为忠顺可汗。忠顺可汗“请居碎叶，因改以焉耆备四镇，此为四镇最末次之改制”。
玄宗天宝元年（742）时，“羁縻之州八百，置十节度、经略使以备边。安西节度抚宁西域，统龟兹、焉耆、于阗、疏勒四镇，治龟兹城，兵二万四千”，其时四镇有焉耆而无碎叶。
唐德宗贞元六年（790）时，安西北庭为吐蕃所隔，皆假道回鹘始能入奏长安。五月，吐蕃急攻北庭，北庭人苦于回鹘需索无厌，与西突厥别部沙陀酋长朱邪尽忠皆降于吐蕃，节度使杨袭古率二千人奔西州，为回鹘所杀。北庭既陷，安西路绝，莫知存亡，四镇遂废。
