显庆二年(657年),唐高宗李治以左屯卫将军苏定方为伊丽道行军大总管,统率燕然都护任雅相、副都护萧嗣业、左骁卫大将军瀚海都督婆闰(归附大唐的回纥首领)等部唐军对盘踞在天山北麓的西突厥汗国进行猛烈地进攻。同年十二月,唐军在曳咥河(今喀喇额尔齐斯河)西岸歼灭西突厥主力骑兵10万余人,俘虏西突厥可汗阿史那贺鲁,煊赫一时的西突厥汗国灭亡。

战后,李治下诏在西突厥汗国旧地设置蒙池、昆陵两大都督府,拣选归附大唐的西突厥贵族担任都督,并将蒙池、昆陵划归安西都护府节制,从此北疆纳入大唐帝国的版图。虽然大唐以强大的武功摧毁了西突厥汗国,但仍有诸多西突厥汗国旧势力企图复国,加上吐蕃王国(今青藏高原)的威胁,原有的蒙池、昆陵两都督府建制已经无法应对日益严峻的形势。

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为适应新的安全形势,长安二年(702年),武则天正式下诏设置北庭都护府,治所在庭州(今新疆吉木萨尔县北庭故城遗址),行政级别与安西都护府一致,并从内地抽调5000多名唐军驻守庭州。开元二十一年(733年),唐玄宗李隆基又将北庭都护府升格为北庭节度使,统辖伊州、西州、庭州三州及天山以北、阿尔泰山以南、咸海以西的广大地区,下辖兵员20000人,战马5000匹,并赐军号曰“北庭军”,下辖三军:

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至此,大唐最遥远的藩镇成立,成为盛唐十大藩镇之一。北庭军一经成军,便成为大唐在北疆最重要的武装力量,他们有效地打击了西突厥汗国旧势力,也死死地遏止了吐蕃王国势力向北疆的渗透。虽然北庭军离大唐的心脏长安最远,但北庭军对大唐的忠诚绝对是数一数二的。安史之乱爆发后,北庭节度使只留下5000人镇守北庭,其余15000名北庭军精锐悉数远赴关内参与平叛战争,在惨烈的香积寺之战、邺城之战中,北庭军悍勇血战的身影打的叛军心惊胆裂。

可惜,也正是因为北庭军主力(以及天山南麓的安西军)远赴关内,导致西域防务空虚,吐蕃王国遂趁机大举侵入西域。贞元六年(790年)五月,吐蕃攻陷庭州,最后一任北庭军节度使、北庭都护杨袭古率仅剩的2000名北庭军撤往西州。同年秋,吐蕃再陷西州,杨袭古及麾下2000名北庭军全部壮烈殉国。至此,威震西域的北庭军彻底退出历史舞台。