公元618年，李淵建立唐王朝。當時的大唐面臨著內憂外患，內有竇建德、王世充等割據勢力，外有強盛的東突厥，他們一直想效仿北魏道武帝入主中原。李淵外交上奉行“遠交近攻”之策，與西突厥結好。而對東突厥則采取隱忍防御之策，曲盡禮節，集中精力整合內部。
武德九年(626年)，東突厥在玄武門之變后突襲至距首都長安僅40里的涇陽(今陜西涇陽縣)，而后一路挺進，陳兵二十萬兵于渭水北岸，威脅長安。當時京師震動，唐太宗李世民設疑兵之計，親率高士廉、房玄齡等6人在渭水隔河與頡利可汗對話，怒斥頡利、突利二可汗背約。不久后唐軍趕至太宗背后，頡利可汗見到唐軍“軍容大盛”，又得知大將執失思力被擒，由是大懼。雙方在渭水便橋上斬殺白馬重新立盟。
雖然一場入侵消弭無形之中，唐太宗一直將其視為恥辱，隱忍退讓只是權宜之計。貞觀三年(629年)，經過十幾年的勵精圖治，唐王朝國力漸盛，此時東突厥內亂已久，唐太宗命令兵部尚書李靖統率十萬大軍分六道出擊。作為前鋒主將的蘇定方率領兩百騎兵夜襲東突厥，親手生擒了東突厥可汗，導致東突厥軍心大亂，為后面徹底攻滅東突厥鋪平了道路。越明年，突厥酋長紛紛請降，太宗創羈縻府州制度，其長官由部族首領世襲，唐朝拓地自陰山北至大漠。
得到漠北后，唐太宗將目光轉向了西域。在吸收東突厥殘部后，西突厥已成為中亞霸主，太宗乘西突厥內亂，伸其腕于玉門關外，由近而遠，自東征西，將西域諸國次第收入版圖。
不過廣征領土不是唐太宗的目的，貞觀十三年，太宗欲出兵高昌“公卿近臣皆以行經沙磧萬里用兵，恐難得志，又界居絕域，縱得之，不可以守，競以為諫。”結果“太宗皆不聽”，令侯君集出兵高昌。平定高昌后，太宗欲以其國為州縣，在其地設西州都護府，治所在西州。同年9月在交河城設安西都護府，用以針對西突厥。再次遭到公卿反對，魏征認為太宗此舉是為了懲治高昌王麴文泰幾次背叛唐王朝，其人既死當招撫其子。褚遂良也反對，他認為出兵高昌已經造成河西供役的困難，應效仿治理吐谷渾的方式，“今宜擇高昌可立者立之，召首領悉還本，長為藩翰。”結果同樣遭到拒絕。
以虛心納諫而著稱的唐太宗在高昌問題上一反常態，幾乎到了固執己見的程度。《漢唐經營西域目的的比較》一文稱，這一舉措顯示了唐太宗經營西域的苦心孤詣。
高昌國故地在今新疆吐魯番地區，天山北麓和南麓的出口都經過這里，是連接內地中原王朝與西域地區游牧民族的要道，與鄯善、伊吾同被稱作“西域之門戶”。該文稱出兵高昌建立西州，不僅為唐朝提供了經營西域的前沿根據地，而且第一次將絲綢之路的門戶高昌納入中原王朝的建制之內，使其成為大唐領土的一部分。更為關鍵的是，唐太宗高昌、西域是華夏的腹心與根本，只有有效控制西域，才能在內陸歐亞大背景下達到“邊鄙無虞”、“中外乂安”。
在擁有了高昌后，疏勒和于闐歸附唐朝，使唐朝完全控制了西域。貞觀十九年，占據漠北的薛延陀率軍攻進唐朝，次年反被唐軍擊敗，薛延陀滅亡后，唐朝在漠北設立安北都護府、在漠南設立單于都護府。至此，威脅中原王朝的游牧民族均已在唐王朝的統治下。
貞觀二十一年，北方蕃族將原屬于突厥的天可汗稱號讓于唐太宗，各族在回紇以南、突厥以北建立了一條“參天可汗道”，正如太宗《正日臨朝》所作那般“百蠻奉遐贐，萬國朝未央。雖無舜禹跡，幸欣天地康。車軌同八表，書文混四方。赫奕儼冠蓋，紛綸盛服章。”從此，絲綢之路再度興盛，敦煌、陽關、玉門這些地方成為當時“陸地上的海市”。
唐朝接替突厥掌控了整個西域之后吐蕃王朝開始興起，貞觀二十一年，王玄策受命在出使南亞地區期間，從吐蕃和泥婆國借兵討伐中天竺阿羅那順，大獲全勝。唐的政治影響力跨越蔥嶺向西南拓展。
唐朝勢力在西域逐漸穩固后，太宗將注意力轉向高句麗。
貞觀十六年，高句麗東部大人淵蓋蘇文殺死榮留王后立高藏為王并自封為“大莫離支”攝政，這給了唐太宗出兵的口實。為征討淵蓋蘇文和保護唐朝的盟友新羅，貞觀十八年，唐太宗率領李世勣、李道宗、張亮和長孫無忌統軍10萬親征高句麗。然而在淵蓋蘇文的指揮下，唐軍始終無法突破安市(今遼寧鞍山)。貞觀二十一年以及貞觀二十二年，唐軍又先后從陸海發起進攻，均未成功。
貞觀二十三年，隨著唐太宗的去世，東征高麗不僅告一段落，西域形勢也驟然改變，曾經臣服于“天可汗”的突厥部落不甘心于被唐王朝所控制，西域諸部族與吐蕃王朝聯合，龜茲和突厥多次掀起叛亂，嚴重威脅著唐王朝西北邊疆的安全。
唐高宗繼位后對西域采取了一連串軍事行動進行嚴厲打擊，永徽二年(651年)安西都護府遷回高昌。
高宗顯慶二年(657年)十一月，唐將蘇定方在碎葉水平定阿史那賀魯的反叛，從而平定了西突厥。顯慶三年五月(658年)，安西都護府又遷到龜茲(今庫車)，安西都護府升格為大都護府，恢復設立安西四鎮龜茲﹑焉耆﹑于闐﹑疏勒。唐高宗改變太宗時只重軍事而輕行政管理的做法，在突厥故地分設濛池、昆陵兩個都護府，并將其附屬小國分別設置州府，西境直抵波斯(現伊朗北部)，都隸屬于安西大都護府，使這一帶都置于唐朝的羈縻統治之下。
顯慶五年(660年)，位于蔥嶺以西的西突厥都曼部降唐，朝廷派人去該部巡查。高宗龍朔元年(661年)，又派遣吐火羅道置州縣使王名巡視蔥嶺以西，在于闐以西、波斯以東十六國設置十六都督府，統轄80個州，110個縣，126個軍府，并在吐火羅立碑記述此事。在此時，安西大都護府的管轄地包括安西四鎮、濛池都護府、昆陵都護府(西突厥故地)、昭武九姓、吐火羅乃至波斯都督府，大體相當于今日新疆與中亞五國、阿富汗，伊朗東北部的總和，與阿拉伯帝國的倭馬亞王朝接壤(白衣大食)。
盡管在西域頻頻動兵，唐高宗更注重對高句麗的軍事行動。
永徽年間，高句麗不斷聯合靺鞨、百濟騷擾新羅及唐朝邊疆，當時新羅為了取得唐朝支持，積極向唐朝靠攏，并舉訴百濟、高句麗聯兵侵羅，新羅危在旦夕。百濟則采取聯絡高句麗、日本以防唐朝的策略。
顯慶五年，百濟恃高句麗的援助，多次侵略新羅，新羅王春秋上表求救于唐朝。唐朝以左武衛大將軍蘇定方為神丘道行軍大總管，率左驍衛將軍劉伯英等水陸十萬軍隊伐百濟。以新羅王春秋為嵎夷道行軍總管，率新羅之眾。雖然百濟動用全國兵力來交戰，但聯軍大破百濟，百濟王義慈及太子隆、次子以及各城都投降于唐軍。百濟有五部、37郡、200城、76萬戶，唐朝將百濟故地納入唐羈縻府州體系，設置熊津等五都督府。
唐朝攻滅百濟使高句麗失去一個軍事盟友，高句麗側翼完全暴露在唐朝的直接攻擊之下，高句麗側翼也失去了戰略防御屏障。這之后，唐朝趁勝追擊，對高句麗發起攻擊。但一直到淵蓋蘇文去世，引發家族內部斗爭后，唐朝依靠叛逃的淵蓋蘇文長子淵男生告知的情報，才不算順利的征服了高句麗。
唐高宗總章元年(668年)十一月，唐滅高句麗，次年，唐朝建立熊津都督府、安東都護府管理百濟和高句麗故地。至此，唐朝疆域東起朝鮮半島，西臨咸海(一說里海)，北包貝加爾湖，南至越南橫山，成為1,237萬平方公里的帝國。