唐朝初年，西北地区的少数民族不断举兵骚扰中原，其中对唐朝威胁最大的是突厥。隋初，突厥分裂为东西两部，东突厥被隋文帝战败，纳贡称臣；西突厥也一度衰落。隋末中原大乱，东西突厥乘机复振，一跃而成为雄据漠北、力控西域、势倾中原的强大军事集团。所谓"薛举、窦建德、王世充、刘武周、梁师都、李轨、高开道之徒，虽僭尊号，俱北面称臣，受其可汗之号。东尽契丹，西尽吐谷浑、高昌诸国，皆臣之。控弦百万，戎狄之盛，近代未有也"。唐初也不例外，以"财帛金宝入突厥"，"引以为援"。
唐初连续向突厥启民可汗的3个儿子，即始毕、处罗、颉利分别称臣纳贡。但他们"自恃其功，益骄踞，每遣使者至长安，颇多横恣。高祖以中原未定，每优容之"。而突厥不时大举南下，掳掠中原。626年8月，颉利乘唐太宗李世民即位不久、国内政局动荡之机，亲率精骑20万大举入侵，前锋攻破武功(今陕西武功），唐将尉迟敬德虽奋勇挫败颉利于泾阳(今陕西泾阳），但突厥主力未受损失，继续进攻唐都长安。颉利陈军于渭水北岸，派使臣对唐廷进行讹诈，唐太宗扣留使节，亲率数骑到渭水之南，指斥颉利背信弃义。继尔唐大军赶到，军容严整，士气旺盛，颉利知唐军有备，不敢挥师过河，于是在渭桥上同太宗"刑白马设盟"而还。
唐太宗对以前称臣于突厥，"未尝不痛心疾首"，对突厥的威胁，更是"坐不安席，食不甘味"。因此在即位以后，为彻底解除突厥的威胁，除采取一系列政治、经济措施革弊兴利以增强国力外，在军事上积极备战，打算一举击败突厥。
唐承隋制，实行的是府兵制。唐太宗为了有效地抗击突厥，扩大府兵兵源。唐太宗即位时，唐军除晋阳起兵时的旧部外，还有统一战争中归附的军队。为此，唐太宗实行点丁男为府兵，从而大大扩充了府兵队伍。有了充足的兵源，并不等于军队有了强大的战斗力。唐太宗为提高部队的作战能力，加强军事训练，他认识到"不使兵士素习干戈，突厥来侵，莫能抵御"，因此，亲自教习卫兵练习骑射，并对优异者给予奖励，由此"士卒皆为精锐"。为了激发军队的积极性，推行军功政策。凡立军功的战士，不分贵贱，皆可升官授田，跻身军功地主的行列。这一政策收到了显著效果。一些士兵把参加战争作为发家致富的重要门路，战争胜负直接关系到他们的切身利益，故能调动他们的积极性，这是唐初府兵能发挥威力的重要原因。
唐在统一战争中，多以骑兵奇袭取胜。在同边疆各少数民族的战争中更是如此。因为广阔无边的沙漠，决定了长距离的行军和作战，必须依靠速度快突击力强的骑兵。由于当时构成唐边患的突厥、吐谷浑等都是游牧民族，善于骑射，要击败他们，必须要有一支强大的骑兵部队。
建设骑兵的前提是必须有战马。李渊太原首义时，来不及养马，战马只能靠缴获而来。"唐之初起，得突厥马二千匹，又得隋马三千于赤岸泽"，将这些马匹徙于陇右设监牧养。太宗朝曾大规模养马，其数量不仅能自给，而且还赐与邻国。养马是为了组建骑兵队伍。李世民在统一战争中，即着手建设精锐的骑兵。随着养马的发展与平定东都，骑兵队伍迅速扩大为"铁骑万匹"。李世民即位后，骑兵已初具规模，基本上可以防御突厥入扰。但他的目标是击溃突厥，统一边疆，自然不会满足已有的骑兵队伍，而是加速骑兵建设，提高骑兵的数量与质量。大体上到629年底，已经建立起了一支具有足够数量与高度质量的骑兵队伍，故能以"众合十余万"的规模分道出击突厥。当时高昌境内有首童谣："高昌兵马如霜雪，汉家兵马如日月，日月照霜雪，回首自消灭"。反映了唐初铁骑经过唐太宗的精心建设，已成为雄踞亚洲大陆的劲旅了。
经过唐太宗的不懈努力，到贞观年间，唐已具备了由防御转向进攻，对突厥实施反击的雄厚实力和条件。而这时突厥的由盛而衰，又给唐军提供了反击的良好时机。突厥依靠强大的军力，先后征服了薛延陀、回纥、契丹、吐谷浑、高昌等政权，组成了一个松散的军政联盟。但这个联盟的基础极不稳固，完全是建立在军事威慑和武力恫吓的基础之上。
到贞观初年，铁勒部的回纥、薛延陀等等相继反抗，大大削弱了东突厥的军事力量。与此同时，东突厥内部也出现裂痕，其东部地区的突利为争夺权利，同颉利之间的矛盾日益激化。唐太宗利用他们的矛盾，分化瓦解，拉拢突利。628年突利背叛颉利，约唐出兵，使唐赢得了里应外合的有利战机。此外，由于颉利连年用兵，对内滥施刑罚，部属民众不堪其虐。再加频年大雪，牲畜冻死，民众生计艰难，而颉利不加存恤，反而重敛诸部，"由是下不堪命，内外多叛之"。总之，突厥集团由于上层分裂，下层反叛，内有心腹之患，外有腹背之敌，因此势力大为衰落。
唐太宗看到时机已经成熟，决定对东突厥实施反击。
629年11月，唐太宗任命并州都督李勣为通漠道行军总管，兵部尚书李靖为定襄道行军总管，华州刺史柴绍为金河道行军总管，灵州大都督薛万彻为畅武道行军总管，任城王李道宗为大同道行军总管，检校幽州都督卫孝节为恒安道行军总管，共率兵10余万，都受李靖节制，分6路出击突厥。
630年1月，李靖率3000精骑自马邑(今山西朔县）直趋恶阳岭(今内蒙古和林格尔南）。驻扎于定襄(今和林格尔西北）的颉利可汗未料到唐军突至，李靖乘其无备，夜袭定襄，大破突厥，颉利匆忙北逃，打算撤至碛口(今内蒙二连浩特市西南），但途中必经白道(今内蒙呼和浩特市西北）。白道为河套东北通往阴山以北的要隘，自云中(今山西大同）出兵的李勣早已率部埋伏在此，颉利逃至此地时，被李勣杀得大败，"由是酋长率部落五万降于勣'。颉利退屯铁山(今内蒙古白云鄂博一带），经此惨败，已难以同唐正面抗衡，只得遣使至唐，请求举国内附作为缓兵之计，拟待草青马肥，撤至漠北。唐太宗将计就计，派唐俭为使者前去谈判，使颉利放松戒备；同时诏令李靖率兵进击。此时李靖、李勣两军已会师白道，他们认为，颉利虽败，兵力尚多，若任其逃往漠北，则很难追歼；今颉利懈而不备，如选精骑袭之，可不战而擒。2月初，李靖挑选精骑1万，携带20日干粮，于夜间进发，李勣军随后跟进，军至阴山，俘突厥千余帐。然后督师疾进，前锋部队乘雾而行，直到距其牙帐7里，颉利才发觉唐军前来，仓皇逃走。李靖率主力军至，突厥军溃散。唐军大获全胜，斩首万余，俘众10余万，牲畜数十万头。
颉利率万余人欲逃过碛口，遭李勣堵截，只得调转马头，西逃吐谷浑，途中众叛亲离，部众纷纷投降，终被大同道行军副总管张宝相俘获。唐军用了不到半年时间，就一举征服曾骄横不可一世的东突厥，把西起阴山、北至大漠的广阔地带纳入了唐版图，此后，唐朝北边数十年没有发生大的战事。
吐谷浑，是中国境内一个古老的少数民族。唐初，占据今青海等地。
东突厥败后，吐谷浑渐趋强大。634年，吐谷浑可汗伏允依其臣天柱王之谋，进袭唐廓州(今青海化隆西南）、兰州，使通往西域的咽喉河西走廊受到威胁。并拘留唐朝使节。同年6月，唐派段志玄率军出击，吐谷浑携众远遁。11月，吐谷浑复掠凉州(今甘肃武威），唐太宗于是决定大举进击。12月，起用已退休的李靖为西海道行军大总管，统辖兵部尚书侯君集、刑部尚书李道宗、凉州都督李大亮、岷州都督李道彦、利州刺史高甑生等诸道行军总管和归唐的东突厥及契苾何力等军进击吐谷浑。
次年闰4月8日，李道宗部在库山(今青海湖东南）击败吐谷浑军，伏允为阻追兵，沿途烧尽野草，轻骑逃往沙漠，为唐军追击制造了不少困难。多数将领认为，途无野草，马易饥疲，骑兵难以深入，不如撤军，以待马肥时再相机进攻。侯君集等人认为，吐谷浑败于库山，如"鼠逃鸟散，取之易于拾芥"，应该乘胜追击，"此而不乘，后必悔之"。李靖采纳了他的意见，兵分两路，分进合击吐谷浑。李靖亲率李大亮等部由北道切断吐谷浑通往祁连山的退路，并迂回至其首府伏俟城(今青海湖西）；以侯君集、李道宗等部由南道追截南逃的吐谷浑军。
5月，北道唐军先后在曼头山、牛心堆(今青海湖沿岸）、赤水源，蜀浑山等地连败吐谷浑军，俘斩其名王数十人。南道唐军历经无人之境2000余里，在乌海(今青海苦海）大破伏允部，俘其名王，余众西逃。
李靖督率诸军，经积石山(今青海阿尼玛卿山）河源(黄河源）穷追至且末(今新疆东南部）。伏允逃至图伦碛(且末西），打算逃往于阗，契苾何力闻讯，率精骑千余直趋图伦碛，袭击伏允牙帐，歼数千人。伏允狼狈逃窜，众叛亲离，为手下所杀。其子慕容顺被部众立为可汗，斩天柱王，率部归唐。至此，唐击败吐谷浑，保障了唐陇右道的安全，解除了吐谷浑对河西走廊的威胁。
唐太宗平定吐谷浑，确保了河西走廊的安全，取得了统一西域的前哨阵地；于是，又把矛头指向了西域高昌、焉耆、龟兹等割据政权。
高昌处于天山南路的东部，辖境相当于今新疆吐鲁番地区，是通向天山南路、北路的出口，古代中西交通的孔道"丝绸之路"的必经之地。
630年，唐败东突厥，伊吾(今哈密）归附，高昌王麴文泰亲至长安，打开了唐与西域的通道。随后，吐谷浑与西突厥的崛起，使通道受阻，于是臣服于西突厥的高昌垄断了西域的商路，阻隔西域诸国与唐通商，对途径高昌使唐的西域贡使，任意加以拘留，抢夺贡品，还侵扰唐的伊州和属国焉耆，致与唐的关系越来越紧张。639年，唐太宗为打击麴文泰的分裂割据活动，决定出兵高昌，统一西域。任命大将侯君集为交河道行军大总管，契苾何力为葱山道副大总管。麴文泰闻讯，不以为然，认为高昌距唐7000里，其间2000里尽为流沙覆盖，地无水草，寒风如割，热浪似火，大军很难安全抵城下。即使顿兵城下，粮运不继，"食尽当溃，吾且俘而虏之"。但是，次年夏，侯君集大军出其不意神奇般地达到碛口，麴文泰得悉，惊惧而死。其子麴智盛继位为王，加强城防，力图固守。唐军包围其都城，发起猛攻，麴智盛被迫投降，唐军仅用半年时间就平定了高昌。唐太宗在高昌置州，号西昌州。后"改西昌州为西州，更置安西都护"，任命郭孝恪为安西都护、西州刺史。
收复高昌，为唐恢复在西域的统治建立了据点，也为此后打击西突厥在焉耆、龟兹的势力奠定了基础。焉耆位居高昌之西，贞观初年曾遣使入唐。西突厥崛起后联合高昌，共攻焉耆，焉耆为求自保，声援唐军攻击高昌。高昌灭后，西突厥势单力孤，极力拉扰焉耆，共拒唐军。644年，焉耆王突骑支叛唐归附西突厥欲谷设可汗，安西都督郭孝恪奏请太宗同意，以西州道行军总管的身份，率步骑3000绕出银山道，夜袭王庭，生俘突骑支，平定焉耆，设置焉耆都督府。
龟兹在焉耆之西，贞观初与唐时有使节往来。不久，西突厥乙毗咄陆可汗勾结龟兹诃黎布失毕与唐为敌。644年郭孝恪出兵焉耆，龟兹派兵援助突骑支。648年唐太宗任命阿史那社尔、契苾何力、郭孝恪等率军讨伐龟兹。次年，阿史那社尔攻破龟兹都城，龟兹王逃走，据大拔换城固守，阿史那社尔围攻40天才攻克，生擒龟兹王，平定龟兹。
唐军平定龟兹后，西突厥慑于唐军威力，亦"争犒师"。西域各族首领乘机摆脱了西突厥的统治，服属唐朝。唐太宗为了加强对西域的统治，设置龟兹(今新疆库车）、疏勒(今新疆喀什）、于阗(今新疆和田）、碎叶(今吉尔吉斯北部托马克城附近）4镇，合称"安西四镇"。并将安西都护移至龟兹。至此，唐基本上完成了西域的统一。
唐太宗在统一西域的过程中，平定了高昌、焉耆、龟兹，斩断了西突厥的双臂，初步将其制服。加上此时西突厥内讧，互相攻战，势力衰落。阿史那贺鲁叶护兵败后归附唐朝，奉唐命招讨尚未服唐的西突厥各部。651年，他击败宿敌乙毗射匮可汗，西突厥10姓诸部皆来归附，遂拥兵数十万，自号沙钵罗可汗，建牙帐于双河(今新疆温泉境内）、千泉(今托克马克西）。他与乙毗咄陆可汗连兵，征服西域许多小国。7月，进攻唐庭州(今新疆吉木萨尔北），陷金岭城与蒲类县(今新疆奇台东南）。唐曾数次派兵进击，均未获全胜。
657年闰1月21日，唐以右屯卫将军苏定方为伊丽道行军总管，率燕然都护任雅相、副都护萧嗣业，发唐兵与回纥骑兵万余人，自北道攻西突厥沙钵罗可汗；又遣右卫大将军阿史那弥射及左屯卫大将军阿史那步真为流沙安抚大使，自南道招集西突厥部众。12月1日，苏定方率军在金山(今阿尔泰山）北击败处木昆部，其俟斤嫩独禄等率万余帐投降。
唐采纳右领军郎将薛仁贵建议，争取泥孰部共袭沙钵罗，至曳咥河(今新疆额尔齐斯河）西，苏定方被沙钵罗10万众包围。苏定方命步兵持矛环据南原，自率骑兵列阵于北原。沙钵罗军3次冲击南原未能得逞，苏定方率骑兵乘势反击，大败沙钵罗军，追击30里，斩获数万人。次日，唐军继续，追击，沙钵罗率数百骑西遁。10姓部落相继归降唐军。
苏定方命萧嗣业率骑兵向邪罗斯川(曳咥河南）方向追击，自与任雅相率新附之众继后。时遇大雪，深约2尺，诸将建议待天晴再行动。
苏定方说服部众，利用沙钵罗以为唐必然休兵的侥幸心理，昼夜兼程，继续追歼。进至双河与南路军会师，又长驱200里，直抵金牙山(今塔什干东北）沙钵罗牙帐，乘其无备之机，突然发起攻击，斩获数万人，沙钵罗逃往石国(今塔什干一带）西北的苏咄城。苏定方命萧嗣业率军继续追击，自引军还。不久，石国人擒获沙钵罗，送交萧嗣业，西突厥被平定。唐朝分置昆陵、濛池2都护府于西突厥故地(今中亚巴尔喀什湖东南及我国新疆一带），分统其10姓各部。
唐王朝经过东征西讨，其版图"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"，成为一个疆域空前辽阔、国力十分强盛的统一的多民族的庞大封建帝国。
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