開元年間，唐朝又在族地區設置了渤海都督府與黑水都督府，在室韋族地區設立了室韋都督府，都歸安東都護府統轄。又由於高麗故地的南部被新羅占據，於是安東都護府的轄境調整為北起今黑龍江流域和鄂霍次克海，南抵渤海與西朝鮮灣，東到大海和朝鮮北部，西部與契丹接壤。天寶元年(742)，渤海、黑水、室韋三都督府改屬平盧節度使，安東都護府的轄區又限於高麗故地，而且這時的都護一職，也改由平盧節度使兼任了。肅宗上元二年(761)，營州(今遼寧朝陽市)被契丹攻陷，平盧節度使被迫南遷，安東都護府便隨之廢除了。
安北、單於都護府：這是唐朝在北部邊境設置的都護府。唐初，東突厥連年入侵唐朝北部邊境，並曾一度打到唐都長安附近，以至於唐高祖都想遷離長安。太宗即位後，積極準備反攻。其時，正好趕上突厥連年大雪成災，諸部內亂，國力轉衰。貞觀三年(629)，太宗令李靖等人統兵10萬，分道進攻突厥。在唐朝的軍事壓力下，突厥突利可汗等率領所統的部落首先投降了唐朝。第二年，唐軍又將突厥頡利可汗擒獲，打垮了突厥。從此，從陰山到大漠，都被唐政府統一了。
東突厥失敗以後，殘部有的投奔了薛延陀，有的逃到了西域，還有十多萬人歸附了唐朝，唐朝於是在突利可汗所統故地分設了四個都督府，在頡利可汗故地設置了兩個都督府進行統轄。
貞觀中，突厥別部車鼻興起。高宗永徽元年(650)，高侃率領唐朝軍隊生擒突厥車鼻可汗。唐政府把歸降的突厥眾人安置在鬱督軍山(今蒙古杭愛山)，設立狼山都督府來統管，然後，又設置了瀚海都護府，統領包括狼山在內的3個都督府和14個州，管理突厥部眾。而在此之前的貞觀二十一年(647)，唐朝業已設立了燕然都護府，統轄因回紇等北部11個少數民族歸附而設置的6個都督府和7個州，治所在西受降城(今內蒙古錦杭旗東北，烏加河北岸)東北40裏的故單於台。到了永徽元年，燕然都護府統轄7個都督府和8個州。
高宗龍朔三年(663)，唐政府把燕然都護府遷到了漠北回紇牙帳(今蒙古哈爾和林西北，鄂爾混河西岸)，並改名為瀚海都護府，而將原來的瀚海都護府遷到雲中古城(今內蒙古和林格爾西北土城子)，改稱為雲中都護府。這兩個都護府以大漠為界線，漠南屬雲中都護府，漠北則隸屬瀚海都護府。這樣，在今天內蒙古河套、陰山一帶，是雲中都護府的管轄區域，而從今天的貝加爾湖北部和葉尼塞河上遊南抵戈壁大沙漠的俄羅斯南西伯利亞和蒙古國的廣大地區，都成為了瀚海都護府的統轄範圍。麟德元年(664)，雲中都護府改名為單於都護府。高宗總章二年(669)，瀚海都護府又更名為安北都護府。
垂拱元年(685)以後，同羅、仆固等部族叛唐，突厥又占據了漠北，安北都護府便從漠北遷到了漠南，先是移到了居延海西的同城(今內蒙古額濟納旗東南綠園附近)，不久，又遷到了西安城(今甘肅民樂縣西北)。到了聖曆元年(698)，為了對付突厥的入侵，武則天下令將單於都護府並人安北都護府，治雲中故城。中宗景龍二年(708)，安北都護府又移到了西受降城。玄宗開元八年(720)，唐政府又在雲中故城複置單於大都護府，而後來安北都護府又有數次遷移，到天寶十四年(755)，遷到了天安軍(今內蒙古烏拉特前旗北，烏加河東岸)，此後，又一度更名為鎮北都護府。德宗興元元年(784)，安北都護府廢。武宗會昌五年(845)，單於都護府改稱安北都護府，五代時廢。
安西、北庭都護府：唐朝在西域地區設置的都護府。唐太宗在統一了大漠南北之後，便開始著手進行統一西域的事業。當時，阻礙唐朝控製西域的勢力，主要是西突厥與漢族麴氏建立的高昌(今新疆吐魯番東)國。
貞觀十三年(639)，太宗命令交河行軍大總管、吏部尚書侯君集等人率軍征討高昌國。第二年，侯君集將高昌平定。太宗在高昌故地設立了西州(治高昌)，並建安西都護府，留下一部分唐軍來鎮守，同年，西突厥葉護可汗屯兵浮圖城，因懼怕唐軍，也歸降了唐朝，太宗又以其地設置了庭州(今新疆吉木薩爾北)。貞觀二十二年，唐軍平龜茲，於是將安西都護府移到龜茲的都城(今新疆庫車)，統領所設置的龜茲、疏勒、於闐、碎葉(今吉爾吉斯斯坦托克馬克附近)四鎮。後安西都護郭孝恪被殺，龜茲等四鎮失守，安西都護府又遷回了西州。