唐朝周圍的少數族很多，其中最重要的是北方的突厥和回紇，西南的吐蕃，南方的南詔，以及東北的契丹和靺鞨。
東突厥
突厥族起源於今新疆準噶爾盆地之北，後來逐漸向東遷徙。北齊天保三年（552），首領阿史那土門正式建立了突厥汗國，自稱伊利可汗，建牙在於都斤山（今蒙古杭愛山），不久成為北方最強大的游牧汗國。開皇三年（583），突厥被隋朝打敗，遂分裂為東、西兩部，西部的稱西突厥，東部的稱東突厥或藍突厥，且因居唐朝之北，亦稱北突厥。
東突厥在隋末唐初勢力很大，控弦百餘萬，不斷向南攻擾，搶劫財物，俘掠人口。唐初有人甚至向李淵建議放棄長安，遷都山南以避突厥。李世民反對這種錯誤主張，力主積極抵禦。他即位後，於貞觀三年（629）派李靖、李勣等率十餘萬大軍分路出擊，次年俘頡利可汗，東突厥滅亡。唐太宗李世民把突厥降眾中的半數左右安置在西起靈武（今寧夏靈武西南），東至幽州的地區，並置羈縻府進行管轄，仍以突厥貴族為都督、將軍。其餘約萬家入居長安，其酋長皆拜將軍、中郎將，五品以上者百餘人。開明的民族政策既解除了唐初的北方邊患，也有利於突厥此後的發展。這件事在北方各族中產生了巨大的政治影響，因而唐太宗被各族尊稱為「天可汗」。
東突厥滅後，北方最強大的民族是薛延陀和回紇。當時鐵勒諸部皆受薛延陀統治，時起反抗。唐太宗乘其內部鬥爭劇烈的時機出兵北征，於貞觀二十年滅薛延陀，以其地置燕然都護府，管轄下屬的羈縻府州。
以後，東突厥降眾在阿史那骨咄祿領導下又進行復國活動。突厥南遷後，骨咄祿為小部首領。在高宗時期南遷突厥一再聚眾反抗而遭失敗後，他招集散亡，被部眾奉為頡跌利施可汗。他以其弟默啜為設，咄悉匐為葉護，將別部民分為「突利」「達頭」兩區。後得單于府降戶部落檢校阿史德元珍，封之為阿波達干，使專統兵馬。垂拱元年（685）以後，以豐州（今內蒙古巴彥淖爾臨河區東）一帶為根據地發展勢力，採用暾欲谷所獻策，東擊契丹，北征鐵勒九姓，並佔領了烏德鞬山（即於都斤山）。從此建牙於烏德鞬山，所恢複的汗國通稱「後突厥」。天授二年（691）骨咄祿去世，其弟默啜繼位為可汗。證聖元年（695）武則天遣使封之為「遷善可汗」。突厥族自南遷後從游牧經濟轉向農業經濟，需要種子、農具發展生產，武則天曾應默啜可汗之請，賜谷種四萬斛，雜彩五萬段，農器三千件，鐵四萬斤，並許通婚。後突厥有時亦南擾唐邊。景龍二年（708），唐朝命張仁願在黃河以北築三受降城以御之。以後，毗伽可汗在位時期（716～734）對唐朝又採取睦鄰政策。北邊兩族人民在一起養畜資生，種田末作；雙方互市規模相當可觀，唐朝每年以帛數十萬匹換取突厥馬匹。突厥在和漢族交往的過程中生產力水平有了明顯的提高，產生了向封建制過渡的傾向，階級鬥爭逐漸激化，統治集團亦鬥爭不已。天寶三載（744，一作四載），後突厥終為回紇所滅。
回紇
初稱回紇，後改稱回鶻，是鐵勒的一部，散居於今色楞格河一帶，臣屬於突厥汗國。因不堪突厥貴族的奴役和壓迫，回紇曾在隋末唐初一再進行反抗。貞觀元年（627），回紇人民在其首領菩薩領導下大敗東突厥，聲震北方。東突厥滅亡後，回紇受薛延陀控制。當時，菩薩建牙於獨樂河（今蒙古土拉河），回紇族已經由原始公社向階級社會過渡。回紇協同唐朝擊滅薛延陀以後盡據其地，唐朝在那裡廣置羈縻府州，並以回紇部為瀚海都督府，以其首領吐迷度為懷化大將軍兼瀚海都督。龍朔（661～663）時，唐朝改燕然都護府為瀚海都護府，統領回紇及漠北之地。後突厥復國後，7世紀末8世紀初，回紇中的一部分遷往甘州（今甘肅張掖）、涼州（今甘肅武威）一帶，留在磧北的，自天寶以後均為後突厥所役屬。天寶三載（744）回紇聯合後突厥統治下的其他各部滅後突厥，不久盡有其地。唐玄宗冊封回紇骨咄祿毗伽闕為懷仁可汗。當時的回紇建牙於烏德鞬山，建立起一個勢力範圍東及室韋，西至金山，南控大漠的汗國（744～840）。其儼然為北方最強大的民族，鐵勒諸部遂逐漸在回紇名義下融合為一族。
安史之亂時期，回紇一再派兵幫助唐朝平定叛亂。此後，回紇人留居長安者常以千計。貞元四年（788），回紇更稱為回鶻。吐蕃佔領隴右以後，唐朝喪失監牧之地，戰馬奇缺，因而不斷以絹、茶易換回鶻馬匹。隨著隴右的喪失，唐朝和西域、中亞的交通必須假道回鶻，回鶻人遂得以從東西貿易中得到很大利益。唐朝特意在靈武通向回鶻的路途中設立了很多驛站，便利雙方交往。唐朝皇帝不斷以宗女和親於周邊各族，但嫁給回鶻的寧國公主、咸安公主和太和長公主三人都是皇帝的生女而非一般的宗女，可見唐朝與回鶻的政治關係特別親密。兩族間文化交流也有所發展，著名的九姓回鶻可汗碑就是用回鶻文、漢文和粟特文刻成的。摩尼教亦由中原傳到回鶻，並被其定為國教。
從9世紀中葉起，回鶻內部紛爭不斷，又屢遭天災，國力大為削弱。散居阿爾泰山的黠戛斯族乘機擺脫了回鶻的統治，其首領阿熱自稱可汗。以後回鶻連年發生戰爭。開成五年（840），回鶻為黠戛斯所破，被迫進行大遷徙。有的南遷近塞，有的西遷葛邏祿地區，與鄰近部落建立了哈剌汗國；有的西遷西州、龜茲，稱西州回鶻或高昌回鶻，即今維吾爾族的祖先；有的西遷甘州，稱甘州回鶻，即今裕固族的祖先；還有一小部分遷往吐蕃地區。
吐谷渾
兩晉時，吐谷渾系鮮卑族的一支，西遷以後，逐漸控制了今青海、甘肅南部和四川西北部的氐族和羌族。4世紀時，其首領葉延正式建立了國家，都於伏俟城（今青海湖西岸布哈河口南）。隋煬帝曾一度滅吐谷渾，於其地置西海、河源、鄯善和且末四郡。隋末大亂，其首領慕容伏允乘機復其故地。
唐初，吐谷渾處唐朝與吐蕃兩大勢力之間，執政的慕容伏允持親吐蕃、疏唐朝的態度，唐太宗幾次征他入朝，均未達到目的。從貞觀八年（634）開始，唐朝一再派兵西征。次年，李靖大敗吐谷渾，伏允為左右所殺，其子慕容順屬親唐勢力，在唐朝的支持下繼立，遂稱臣內附。慕容順死後，唐立其子諾曷缽為可汗、西平郡王，並以弘化公主與之和親，資送甚厚。
唐高宗龍朔三年（663），吐谷渾為吐蕃所並，諾曷缽率眾徙今寧夏。以後，唐朝於靈州置安樂州（今寧夏中寧東南）以安置之。
西突厥與西域各族
隋唐之際，西突厥是今新疆、中亞一帶的一個強大勢力，天山以南諸國如高昌、焉耆、龜茲、于闐及疏勒等均受其控制。
隋唐之際，中原大亂，西突厥射匱可汗去世，其弟統葉護可汗繼位。他北並疏勒，西拒波斯，控弦數十萬，勢力相當強大。這一情況有礙於今新疆一帶的統一，而且不利於絲綢之路的暢通，所以唐朝與西突厥間終於不可避免地發生了矛盾和衝突。東突厥被滅、吐谷渾歸附以後，唐太宗騰出手來，開始經營西域。高昌麹氏政權與西突厥乙毗咄陸可汗結成聯盟反對唐朝，擁塞道路，妨礙東西方貿易，唐太宗派侯君集率軍出征，於貞觀十四年（640）攻下高昌王城（今新疆吐魯番東南），麹智盛降。唐朝以其地置西昌州，不久改名西州，並於交河（今新疆吐魯番西）置安西都護府，統轄高昌故地。同時於可汗浮圖城（今新疆吉木薩爾北）置庭州。以後，唐軍又於貞觀十八年平定了焉耆王龍突騎支之亂，二十二年平定了龜茲王訶黎布失畢之亂，唐朝遂遷安西都護府於龜茲，並於疏勒、焉耆、于闐同時設鎮，合稱安西四鎮。
當時西突厥分裂為兩部，陷於內爭，其屬國高昌、焉耆和龜茲又先後被唐朝所滅。以後，沙缽羅可汗阿史那賀魯雖然一度統一了兩部，但不久又發生紛爭。高宗為了解除西突厥對庭州等地的威脅，遂於顯慶二年（657）派蘇定方、蕭嗣業等率軍西征，大破西突厥，沙缽羅可汗奔石國被擒，西突厥至此宣告滅亡。唐以其地分置昆陵都護府統轄五咄陸部，濛池都護府統轄五弩失畢部。唐滅西突厥後，國界越蔥嶺，遠達鹹海東、南一帶。高宗調露元年（679）王方翼築碎葉城，以後一度以龜茲、疏勒、于闐與碎葉為安西四鎮。為了控制西突厥廣大地區，武則天又於長安二年（702）分安西都護府天山以北地區為北庭都護府，治所設在庭州。
吐蕃
藏族的祖先在唐代建立了一個王朝，稱作吐蕃。7世紀初，吐蕃的贊普（意即王）松贊干布執政，繼承祖、父兩代開創的基業，征服了青藏高原上的羌族諸部，建立了奴隸制國家，並把首都從瓊結遷到邏些（今西藏拉薩），實現了青藏高原的統一。在統一全藏的過程中，依山而居的民眾紛紛遷往平原，農業人口隨之大增。吐蕃的王族和貴族是奴隸主，被剝削的勞動人民是奴隸和平民。當時，吐蕃已經創造了文字。