泥孰在武德(618—626)年间，曾至长安。当时李世民为了同各民族人士友好，曾与泥孰结为盟兄弟。泥孰被推举为西突厥可汗后，即派遣使臣至唐朝表示内附。第二年(贞观七年)，唐朝的代表鸿胪少卿刘善因抵达西突厥，册封泥孰为奚利邲咄陆可汗。634年(贞观八年)，泥孰病死。其弟同娥设继位，是为沙钵罗咥利失可汗。
635年(贞观九年)，咥利失可汗献马五百匹于唐，上表请婚。
638年(贞观十二年)，欲谷设被立为乙毗咄陆可汗，与咥利失大战，未分胜负。于是，以伊列河(今伊犁河)为界，双方分地而治。
639年(贞观十三年)，咥利失之臣俟利发吐屯勾结欲谷设作乱，咥利失逃往拔汗那(今中亚费尔干纳盆地)，在那里死亡。弩失毕部立其弟之子薄布恃勤为乙毗沙钵罗叶护可汗。
乙毗沙钵罗叶护可汗建牙于睢合水北，称南庭。其辖境东以伊列河为界。龟兹、都善、且末、吐火罗、焉耆、石国、史国、何国、穆国、康国等皆受其节度。他屡次向唐遣使朝贡。641年(贞观十五年)秋七月，唐太宗命左领军将军张大师往授玺书，册立他为可汗，并赐给鼓纛。
当时乙毗咄陆可汗欲谷设建牙镞曷山西，称北庭，其辖境西以伊列河为界。厥越失、拔悉弥、驳马、结骨、触木昆等部附属于他。乙毗咄陆可汗与乙毗沙钵罗叶护可汗互相攻战。乙毗咄陆也遣使朝唐。唐太宗劝谕他们停兵休战，彼此和睦相处。乙毗咄陆可汗兵力渐强，西域诸国纷纷归附。
乙毗咄陆可汗兼并乙毗沙钵罗叶护可汗部众，西破吐火罗。他自恃强大，扣留唐朝使者，进攻伊州(今新疆维吾尔自治区哈密市)。
642年(贞观十六年)九月，唐安西都护郭孝恪连续击败乙毗咄陆军。西突厥属部处密降唐。乙毗咄陆攻破米国(位于今乌兹别克斯坦共和国撒马尔罕南)，夺取了大量人口与财富，不分给部下。部将泥熟啜擅取俘虏与卤获物，被乙毗咄陆处死，因此引起部众怨恨。泥熟啜的部属在胡禄屋领导下袭击乙毗咄陆可汗。乙毗咄陆部众离散，他退守白水胡城(今哈萨克斯坦共和国锡腊姆)。五弩失毕及乙毗咄陆所部屋利啜等派代表至长安，请唐朝废黜乙毗咄陆，另立西突厥可汗。唐太宗遣使册立前莫贺咄侯屈利俟毗可汗之子为乙毗射匮可汗。乙毗射匮将原被乙毗咄陆扣留的唐朝使者全部礼送回长安。乙毗咄陆派人招引他原来的部落。部落中的人都说：即使我们一千个人都战死，只剩下一个人，也决不会跟从你。乙毗咄陆看到自己众叛亲离，大势已去，于是逃往吐火罗。
649年(贞观二十二年)唐太宗逝世以后，唐瑶池都督阿史那贺鲁叛变，乙毗射匮所部被贺鲁并吞。 三、西突厥的衰亡。唐设安西、北庭两都护府。
西突厥汗国由于内部分裂，不断内讧，而逐渐走向衰亡。西突厥末主阿史那贺鲁为室点密可汗五世孙，曳步利设射匮特勤劫越之子。起先，乙毗咄陆可汗任命他为叶护，驻扎在多逻斯川(今额尔齐斯河)，统辖处密、处月、姑苏(或作哥舒)、歌罗禄、弩失毕等部。当乙毗咄陆可汗逃往吐火罗后，乙毗射匮可汗派兵驱逐贺鲁，其部落大多离散。
648年(贞观二十二年)四月，贺鲁率领余部数千帐(户)内属于唐。唐太宗安排他们住在庭州(治今新疆维吾尔自治区吉木萨尔北破城子)莫贺城(今吉木萨尔西北三台)，授予他左骁卫将军之职。贺鲁听说唐军将讨伐龟兹，于是率随从数十人至长安朝觐，要求担任大军的向导。唐太宗任命他为昆丘道行军总管，在嘉寿殿设宴款待，给予很多赏赐，并且将自己穿的衣服送给他。唐朝大将阿史那社尔平龟兹以后，648年冬十二月，唐朝晋封阿史那贺鲁为泥伏沙钵罗叶护，赐给他唐朝的鼓纛，派他去招抚尚未服从的其它西突厥部落。第二年春二月，唐朝在安西部护府下设置瑶池都督府，任命阿史那贺鲁为都督。这年夏六月唐高宗继位后，贺鲁又被晋升为左骁卫大将军。
唐高宗年间
阿史那贺鲁招集离散的西突厥部落后势力逐渐强大。他听说唐太宗已经逝世，即阴谋夺取西州(治所在今新疆维吾尔自治区吐鲁番市东南高昌古城)和庭州。唐高宗闻讯，派遣通事舍人乔宝明抚慰贺鲁。651年(永徽二年)春，担任唐朝右骁卫中郎将的贺鲁之子咥运竟劝说其父率部反唐西走，击破乙毗射匮可汗，兼并其部众。贺鲁设牙帐干双河，(今新疆维吾尔自治区博乐、温泉县境内)及千泉，自称沙钵罗可汗。咄陆五啜、弩失毕五俟斤、处月、处密及西域诸国都归附于他。贺鲁以咥运为莫贺咄叶护。
是年秋七月，贺鲁入寇庭州，攻陷金岭城及蒲类县，杀掠数千人。唐高宗任命左武卫大将军梁建方、右骁卫大将军契苾何力为弓月道行军总管，发诸府兵三万人和回纥骑兵五万，西征。652年(永徽三年)春正月，梁建方等大破贺鲁所部处月而还。653年(永徽四年)，西突厥乙毗咄陆可汗死，其子颉苾达度设称真珠叶护。他与贺鲁发生矛盾，联合五弩失毕，击败贺鲁。655年(永徽六年)夏五月，唐朝任命右屯卫大将军程知节为葱山道行军大总管，讨伐西突厥沙钵罗可汗阿史那贺鲁。这一年，颉苾达度设曾几次请求唐朝发兵征讨贺鲁。唐朝派丰州都督元礼臣前去册封颉苾达度设为可汗，至碎叶城被贺鲁派兵阻拦，未能抵达。
656年(显庆元年)冬，程知节军至鹰娑川，前军总管苏定方击败西突厥骑兵四万人。唐军至怛笃城后班师。
657年(唐显庆二年)春。是年冬十二月，苏定方军抵达金山(今阿尔泰山)西，击败五咄陆之一处木昆部，该部俟斤归降。在这以前，五弩失毕之一泥孰部不服从贺鲁的统治，被贺鲁攻破，其首领的家属被俘。这时，唐军从贺鲁的一部分败兵中找到泥孰部首领的妻子。右领军郎将薛仁贵建议：应该将这些家属归还泥孰部，并且赠予财物加以抚慰，使他们明白“贺鲁为贼而大唐为之父母”。这样的话，他们必将不遗余力地反对贺鲁。唐军按此实行。泥孰部接到获救的家属后非常感激，要求跟随唐军一起进攻贺鲁。
苏定方率军至曳咥河(今喀喇额尔齐斯河)西，贺鲁举西突厥十万骑兵来拒。苏定方以唐及回纥万余骑兵迎敌。苏定方命令萧嗣业和回纥婆闰追击贺鲁。当时天下大雪，众将要求雪停以后进兵。苏定方认为正可趁天雪之机，攻敌不备。于是唐军冒雪昼夜兼程前进。至金牙山，纵兵破贺鲁牙帐，俘敌数万人。贺鲁渡伊丽水西逃。苏定方追至碎叶水，尽夺贺鲁部众。贺鲁及子咥运逃至石国(今塔什干)苏咄城，城主伊涅达干将他们逮捕，送往石国。石国王将贺昏父子交给唐将萧嗣业和阿史那元爽。至此，西突厥国亡。
苏定方安排西突厥各部落分别回到原来居住的地方，开通道路，设立驿站，掩埋死者骸骨，慰问民间疾苦，划分牧场，恢复畜牧业生产。并将贺鲁所掠夺的人口，以及牲畜等财物发还各部。从此，西突厥十姓部落在久经内哄和战乱以后，开始过上了安居乐业的生活。
贺鲁被擒以后对萧嗣业说：过去太宗皇帝待我很好，我却背叛了他，我愿在太宗昭陵受死，以谢罪于先帝。唐高宗听说以后，产生了怜悯之心，特赦贺鲁，免其一死。后来贺鲁病死，唐朝将他葬在颉利可汗墓旁。
657年(唐显庆二年)唐平贺鲁以后，在五咄陆部设置昆陵都护府，以阿史那弥射为兴昔亡可汗，兼骠骑大将军，昆陵都护。在五咄陆的处木昆部落置匐延都督府，胡禄屋阙部落置盐泊都督府，摄舍提墩部落置双河都督府，鼠尼施处半部落置鹰娑都督府，突骑施索葛莫贺部落置嗢鹿州都督府，突骑施阿利施部落置洁山都督府。658年(显庆三年)，又在葛逻禄三部置三府：谋落部落置阴山州都督府，踏实部落置玄池州都督府，炽俟部落置大漠州都督府。后来又从大漠州中划分出一部分另置金附州都督府。
在五弩失毕部置蒙池都护府，以阿史那步真为继往绝可汗，兼骠骑大将军，蒙池都护。当时蒙池和昆陵两都护府都隶属于安西都护府。
702年(长安二年)，增设北庭大都护府，统辖昆陵、蒙池两个都护府。据《新唐书》记载，除上述昆陵都护府下属十个都督府外，北庭大都护府还管辖轮台州等十三个都督府。北庭大都护府的治所在庭州金满县，其遗址为今新疆吉木萨尔北破城子。
唐朝在西域，除北庭大都护府外，在北庭的南面还设有安西大都护府(又称都护府)。640年(贞观十四年)，唐朝平高昌的汉族麴氏政权后，置安西都护府，治所设在西州(今新疆维吾尔自治区吐鲁番市高昌故城)。
658年(显庆三年)，移治龟兹(今新疆维吾尔自治区库车县)。南至于阗(今新疆维吾尔自治区和田市)，都隶属安西。
661年(龙朔元年)西域吐火罗款塞来附。唐朝任命“王名远为吐火罗道置州县使，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”。这十六个新设立的都督府，也隶属安西大部护府。这些地方早先属于西突厥的势力范围，此时转归唐朝。
