西元702年，武則天為了進一步鞏固西北邊疆，在庭州設立了北庭都護府，管轄天山以北包括阿爾泰山和巴爾喀什湖以西的廣大地區。北庭都護設立後，提攜萬里，社會安定、農業、牧業、商業、手工業都得到空前發展，成為西北地方中心。
開元元年，第二任都護郭虔瑾進駐北庭後，將所率軍隊編為田卒、開荒種地、屯墾戌邊。唐玄宗為了確保這條中西大道的安全和領土完整，又在北庭設立節度使，統領瀚海、天山、伊吾三軍，有鎮兵萬餘人，其中瀚海軍一萬二千人就屯成在北庭。
天寶十四年，“安史之亂”爆發，唐王朝無力西顧，將大批兵力調往內地，西域與內地聯繫遂被隔絕。北庭都護府孤懸塞外，堅持了三十五年之久。唐朝自西元702年設置都護府到西元791年都護府被吐蕃人攻陷，共89年。
全盛時期，北庭都護府下轄金滿、輪台、蒲類三縣;瀚海、天山、伊吾三軍;以及鹽治州、鹽祿州、陰山州、大漠州、輪台州、金滿州、玄池州、哥系州、咽面州、金附州、西鹽州、東鹽州、叱勒州、迦瑟州、馮洛州和孤舒州等十六個羈縻州。