公元651年，阿拉伯帝国兴兵攻入波斯东部残存的呼罗珊地区，波斯萨珊王朝未代君主伊嗣俟三世出逃至小马雷，遣使向唐高宗求援，《新唐书•波斯传》曰“遣使者告难，高宗以远不可师，谢遣。”伊嗣俟随后在小马雷的暴乱中被当地人杀死，萨珊王朝灭亡。其子卑路斯三世则以吐火罗（今塔里木盆地）为其地继续与阿拉伯军队对峙，并再度向大唐求援，高宗遂下旨在西城的疾陵城设立波斯都督府，拜卑路斯为都督，为其提供发起复国运动的大后方，虽未能成功，卑路斯及其子孙仍得以继续在大唐境内避难，行迹至玄宗天宝初年犹有记述。（后其后裔在唐为官不少。如玄宗天宝初年奉波斯王命使唐的李益，因充质子，授四品右武卫将军，在长安宿卫；后其孙李素及曾孙李景亮均官至司天监）
波斯萨珊王朝灭亡后，阿拉伯帝国的东部边界已与吐蕃及唐所笼络的西域诸国直接接壤，双方摩擦不断。倭马亚王朝后期，西域诸国时有首鼠两端、同时归附大唐与阿拉伯帝国的情况，令出生于高句丽的大唐新任安西副都护、四镇都知兵马使高仙芝大为不爽，于公元750年出兵石国（今塔什干），与阿拉伯军正面冲突。751年底，两军在怛罗斯TaIas（今哈萨克斯坦）对峙，高仙芝与副将李嗣业调用了安西都护府属2.4万正规军中2万，加1万名拔汗那国援军及葛逻禄Karluks雇佣兵，共3万余；阿拉伯军主将阿布•穆斯林调集4万呼罗珊人正规军，加10万以上附庸国军众。中方正规军百战之师士兵战力强悍，但马匹素质差对手远，且此地已深入中亚700余里劳师远征；而阿拉伯联军坐拥内线位置自然从容应对。激战四天四夜后，第五天傍晚，自觉以寡敌众绝无胜算的葛逻禄后备军突然反叛，将唐步兵与骑兵联系切断，阿军趁机鸣鼓突击！高仙芝、李嗣业仅率数千人乱军中突围，余兵将大半阵亡（《旧唐书•李嗣业传》“仙芝众为大食所杀，存者不过数千。”但《旧唐书•高仙芝传》对怛罗斯之役却无点墨）。
自此，唐在葱岭以西的势力范围大部落入阿拉伯帝国控制之下，但其也无力东进，形成均势。8世纪末，以葱岭为界，唐与阿拉伯帝国势力范围在中亚实现了新的平衡，中亚的伊斯兰化趋势就此奠定。怛罗斯之役被俘的唐军匠人及文士将造纸术、纺织术等中原文明传播到阿拉伯世界，进而西流，促进了欧洲文明大发展。
