在西北地区，唐朝和吐蕃不断争夺西域。686年，由于徐敬业之乱，武则天放弃了安西四镇，于是吐蕃占据了西域。直到692年，唐朝王孝杰才收复了安西四镇。为了巩固对西域地区的控制，武则天派遣24000军队驻扎在四镇。为了巩固唐朝在天山以北的控制，武则天在702年设置了北庭都护府。不过，西突厥的五咄陆部和五弩失毕部已经脱离了唐朝的控制。由于阿拉伯帝国的东侵，原本属于唐朝势力范围的吐火罗和昭武九姓等地区已经纳入了阿拉伯帝国的版图。751年，唐朝和阿拉伯帝国发生了怛罗斯之战，唐朝失败，势力彻底退出了中亚。
在西南地区，为了对付强大的吐蕃，唐朝扶持了南诏。此后南诏国不断强大起来，将云南的羁縻州不断吞并。唐朝多次派遣大军进攻南诏国，但是都遭到了失败。
