隋唐是莫高窟發展的全盛時期，現存洞窟有300多個。禪窟和中心塔柱窟在這一時期逐漸消失，而同時大量出現的是殿堂窟、佛壇窟、四壁三龕窟、大像窟等形式，其中殿堂窟的數量最多。塑像都為圓塑，造型濃麗豐滿，風格更加中原化，並100-1出現了前代所沒有的高大塑像。群像組合多為七尊或者九尊，隋代主要是一佛、二弟子、二菩薩或四菩薩，唐代主要是一佛、二弟子、二菩薩和二天王，有的還再加上二力士。這一時期的莫高窟壁畫題材豐富、場麵宏偉、色彩瑰麗，美術技巧達到空前的水平。如中唐時期製作的第79窟脅侍菩薩像中的樣式。上身裸露，半跪坐式。頭上合攏的兩片螺圓發髻，是唐代平民的發式。臉龐、肢體的肌肉圓潤，施以粉彩，膚色白淨，表情隨和溫存。雖然眉宇間仍點了一顆印度式紅痣，卻更像生活中的真人。還有在第159窟中，也是脅侍菩薩。一位上身赤裸，斜結瓔珞，右手抬起，左手下垂，頭微向右傾，上身有些“左”傾，胯部又向右突，動作協調，既保持平衡，又顯露出女性化的優美身段。
另外一位菩薩全身著衣，內外幾層表現清楚，把身體結構顯露得清晰可辨。
衣褶線條流利，色彩豔麗絢爛，配置協調，身材修長，比例恰當，使人覺得這是兩尊有生命力的“活像”。
五代和宋時期的洞窟現存有100多個，多為改建、重繪的前朝窟室，形製主要是佛壇窟和殿堂窟。從晚唐到五代，統治敦煌的張氏和曹氏家族均崇信佛教，為莫高窟出資甚多，因此供養人畫像在這個階段大量出現並且內容也很豐富。塑像和壁畫都沿襲了晚唐的風格，但愈到後期，其形式就愈顯公式化，美術技法水平也有所降低。這一時期的典型洞窟有第61窟和第98窟等，其中第61窟的地圖《五台山圖》是莫高窟最大的壁畫，高5米，長13.5米，繪出了山西五台山周邊的山川形勝、城池寺院、亭台樓閣等，堪稱恢弘壯觀。
莫高窟現存西夏和元代的洞窟有85個。
西夏修窟77個，多為改造和修繕的前朝洞窟，洞窟形製和壁畫雕塑基本都沿襲了前朝的風格。一些西夏中期的洞窟出現回鶻王的形象，可能與回鶻人有關。而到了西夏晚期，壁畫中又出現了西藏密宗的內容。元代洞窟隻有8個，全部是新開鑿的，出現了方形窟中設圓形佛壇的形製，壁畫和雕塑基本上都和西藏密宗有關。典型洞窟有第3窟、第61窟和第465窟等。
1900年，在莫高窟居住的道士王圓籙為了將已被遺棄許久的部分洞窟改建為道觀，而進行大規模的清掃。當他在為第16窟(現編號)清除淤沙時，偶然發現了北側甬道壁上的一個小門，打開後，出現一個長寬各2.6米、高3米的方形窟室(現編號為第17窟)，內有從公元4世紀到11世紀(十六國到北宋)的曆代文書和紙畫、絹畫、刺繡等文物五萬多件，這就是著名的“藏經洞”。
藏經洞的內壁繪菩提樹、比丘尼等圖像，中有一座禪床式低壇，上塑一位高僧洪辨的坐像，另有一通石碑，似未完工。從洞中出土的文書來看，最晚的寫於北宋年間，且不見西夏文字，因此可推斷藏經洞是11世紀時，莫高窟的僧人們為躲避西夏軍隊，在準備逃難時所封閉的。
莫高窟藏經洞是中國考古史上的一次非常重大的發現，其出土文書多為寫本，少量為刻本，漢文書寫的約占5/6，其他則為古代藏文、梵文、齊盧文、粟特文、和闐文、回鶻文、龜茲文等。文書內容主要是佛經，此外還有道經、儒家經典、小說、詩賦、史籍、地籍、賬冊、曆本、契據、信劄、狀牒等，其中不少是孤本和絕本。
這些對研究中國和中亞地區的曆史，都具有重要的史料和科學價值，並由此形成了一門以研究藏經洞文書和敦煌石窟藝術為主的學科——敦煌學。