唐太宗平定高昌,對西突厥打擊很大。“初,文泰與西突厥欲穀設約,有急相援”,因唐軍銳不可當,大獲全勝,使欲穀設畏懼西走。唐太宗收複高昌,無疑為唐王朝恢複在西域的統治建立了據點,也為此後打擊西突厥在焉耆、龜茲的勢力奠定了基礎。
首先,平定焉耆之亂。焉耆位居高昌之西。貞觀初年,曾遣使入唐,開通了入磧商路,一度與唐友好。貞觀中,西突厥崛起,聯合高昌,共攻焉耆,高昌俘獲七百焉耆居民,號為“生口”,當作奴隸。焉耆為求自身安全,聲援唐軍攻擊高昌。唐太宗平定高昌,以焉耆聲援之功, “詔以所虜焉耆生口七百還焉耆王”。高昌滅後,西突厥勢孤力單,極力拉攏焉耆,結成姻親,擴大勢力,共拒唐廷。貞觀十八年,焉耆王突騎支叛唐歸附西突厥欲穀設可汗,安西都督郭孝恪疏奏太宗讓其出兵平叛,唐太宗允請,郭孝恪以西州道行軍總管身份,率領步騎兵三千,繞出銀山道,夜襲王庭,生俘突騎支,間接地打擊了西突厥的勢力。唐太宗聞訊予以嘉獎道: “功立威行,深付所委”。平定焉耆,是唐太宗統一西域的重要組成部分,不久,他設焉耆都督府。
其次,統一龜茲。龜茲在焉耆之西,經濟文化水平較高,農牧並舉,城廓屋宇,文字算計,佛法胡書,均較發達;居民善歌能舞,音樂悅耳,以龜茲樂名聞於世。貞觀初,與唐時有使節往還,不久,西突厥乙毗咄陸可汗勾結龜茲訶黎布失畢,與唐為敵。
貞觀十八年,郭孝恪進兵焉耆,龜茲派兵援助突騎支。焉耆平,西突厥加緊控製龜茲。唐太宗為了完成在西域的統一大業,於貞觀二十二年任命阿史那社爾、契芯何力、郭孝恪等諸將,率領鐵勒十三部及突厥騎兵十萬共討龜茲。次年,阿史那社爾攻破龜茲都城,龜茲王輕騎逃走,後據大拔換城,憑險固守,社爾圍攻四十日,才攻克孤城,生擒龜茲王,又乘勝連下五大城。社爾乘唐軍聲威大振之機,遣使示以禍福, “降者七十餘城,宣諭威信,莫不歡服。”
唐軍平定龜茲後,西突厥懾於唐軍威力,亦“爭犒師”。西域各族首領乘機擺脫了西突厥的統治,服屬唐朝,貢使往還,通商不絕。唐太宗為了加強對西域的治理,設置龜茲(今新疆庫車縣)、疏勒(今新疆喀什市)、於闐(今新疆和田縣)、碎葉(今蘇聯吉爾吉斯共和國北部托馬克城附近)四鎮,合稱“安西四鎮”。唐太宗為了有效地控製西境,保護商路,移安西都護府於龜茲。至此,唐太宗基本上完成了西域的統一。