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突厥人控制中亚，对中原政权而言并不是一个好消息。崛起的突厥、吐谷浑诸族阻断贸易路线，将对中原政权在政治、经济上造成严重损害。同时，盘踞丝绸之路的游牧诸族与中原的关系是极不稳定的：“亲疏因其强弱，服叛在其盛衰。衰则款塞顿颡，盛则弯弓寇掠，屈申异态，强弱相反。正朔所不及，冠带所不加，唯利是视，不顾盟誓。” （《隋书·卷八十四》） 他们既可能成为沟通丝绸之路贸易的力量，也可能危害丝路贸易。
因此，隋唐两代皆在中原（及江南）稳定后积极经略西北。尤其是唐代，在政治和经济两方面都需要牢固地控制西域。一方面，当时“天下称富庶者无如陇右”，而河陇地区的畜牧业更是在当时唐代的畜牧业中占支配地位。西域则是保卫繁荣河陇地区的第一道屏障，所谓“西域既动，自然威临南羌，南羌乐祸，必以封豕助虐，蛇豕交连，则河西危，河西危，则不得救” （《全唐文·卷二百一十九》） 。
另一方面，控制西域、保障丝绸之路的畅通也关系着唐朝的切身经济利益。这种经济收益体现在三个方面。其一是直接的税收。唐律规定行人过水陆关，需有公文（“军防、丁夫有总历，自余各请过所而度”）。唐朝通过丝绸之路对过往胡商征税，从中获得巨额的经济收益，以致“开元盛时，税西域商胡以供四镇，出北道者纳赋轮台”。也就是说，唐朝对西域胡商征收的税，竟然可以满足数以万计的军队的供给，其数额之巨可想而知。其二，由于丝绸之路的繁盛，各种服务业随之兴盛。著名边塞诗人岑参曾作诗《题金城临河驿楼》：“古戍依重险，高楼见五凉。山根盘驿道，河水浸城墙。”由此可知当时丝绸之路上有着大量的驿站、驿道。玄奘取经时，“遇凉州人送官马归，又随去至彼。停月余日……凉州为河西都会，襟带西蕃葱右诸国，商侣往来，无有停绝”。有如此之多的外商过往凉州，可以想象当时丝绸之路上客栈之多。其三，随着丝绸之路的繁荣，“关已西诸国与贩往来不绝”，大量西方货币与奇珍进入唐朝，这给沿途的西域以及河陇地区的商人进行中间贸易提供了有利的条件。
唐朝以太宗、高宗两代之力终于消灭了东、西两个突厥汗国，取代了他们在亚洲内陆的霸权，建立起了其对西域的统治。除了东部的伊州（伊吾，今哈密）、西州（高昌，今吐鲁番）和庭州（轮台）实行与内地相同的州县制外，西域大部分地区都处于安西都护府的节制之下。
显庆三年（658年），唐朝移安西大都护府于龟兹，以龟兹地区作为统辖西域的中心，管辖着龟兹、焉耆、于阗、疏勒四大军事重镇，其范围包括今整个塔里木盆地和帕米尔以西的广大地域。安西都护府治所在龟兹国都伊罗卢城，即今天库车县皮朗古城遗址。四镇中，龟兹镇置于拔换，焉耆镇置于博格达沁古城，于阗镇置于于阗城东（今洛浦县阿克斯比尔古城），疏勒镇置于今阿西克阗干附近的托卜沁古城。从地理位置来看，四镇对安西都护府形成环卫。
唐代安西都护府所在的交河故城
最初统治西域，唐朝并未派驻大批军队，防御力量薄弱，以至在与西突厥、突骑施、吐蕃的争夺中，安西四镇时废时设，安西都护府一度退至西州。直到长寿元年（692年）十月，王孝杰大破吐蕃军队，收复四镇后，向朝廷奏言增兵西域，长期屯戍留守，以固西陲边防。武则天“用汉兵三万以镇之”，建筑城池、关戍、烽燧，将西域地区纳入唐朝统一军政体制。
唐朝在西域的驻军主要集中于安西都护府所在地龟兹。8世纪初，新罗僧人慧超自印度东归，途经龟兹。他在游记中写道：“又经疏勒东行一月，至龟兹国，即是安西都护府，汉国兵马大都集处。”
除驻守都护府和四镇外，一些重要的关隘还有守捉兵和烽戍兵戍防。
守捉是唐在边境地区的交通要道上设立的军事检查机构，驻兵守卫盘查，其统兵长官称“守捉使”，兵员数百至千人不等。安西大都护府辖境共有兰城、坎城、葱岭、张三城、于术、榆林、龙泉、东夷辟、赤岸十守捉，有粟楼烽、碎卜戍、移杜、彭怀四戍堡。
唐朝每30里置一烽，每烽建于边塞山险要隘处，内有烽戍兵。烽有烽帅，管烽卒3—5人，平时防烽屯田，准备积薪，有警则举火，烽卒由卫士充任，无卫士则以乡兵充任。
至于安西都护府控制的兵力构成主要分为三部分：唐朝中央直属军、羁縻都督军和小国地方军。中央直属军主要指唐朝派驻到西域各地的驻防兵，如唐朝在龟兹的驻军。中央直属军的兵力来源在737年之前，主要是从内地征召来的府兵，以雍、蒲、坊等州府兵居多，这些府兵隔几年（按规定不超过4年）换防一次。“自开西镇，列诸军，戍有定区，军有常额。” （《新唐书·列传第五十八》） 738年之后，由于均田制的破坏，府兵制随之废止，西域的驻兵主要变成征发招募而来的镇军。《旧唐书·地理志》记载，唐玄宗时，“安西都护府镇兵二万四千人，马二千七百匹”，加上四镇兵力共约4.4万人。
为了维持这支军队，“自开元中及于天宝……每岁军用日增，其费籴米粟则三百六十万匹段（‘……伊西、北庭八万，安西十二万……’）”。这就是说，仅仅是采购粟麦，即供应军粮的经费，朝廷便需每年给西域拨解缣帛20万匹。《通典·食货六》还记载：“给衣则五百二十万（‘……伊西、北庭四十万，安西五十万……’）”。这就是说，为了备办军装，朝廷每年需给西域拨解绢帛90万匹。这自然只有大一统的中原王朝能够承受。
羁縻都督府指归附唐朝的各地方势力，如唐朝在西突厥境内设置的各个都督府。作为朝廷为控制边疆而设立的军政机构，安西都护府与“缘边及襟带之地”设置的都督府互相配合、互相补充，管理边境地区。都督府的大都督一般由羁縻国首领担任，如龟兹国都督白素稽即是龟兹王。都督府一般都屯有一定数量的军队，兵力来自本地方民族征召。
小国地方军指在唐中央军实际控制地区的农耕小国的军队，如于阗国，不仅有唐朝中央军在此驻防，亦有于阗本国军队的存在。这些小国地方军的兵力同样来自本国。