以一万人击溃了阿史那鲁的十万大军，并兵分南、北两路乘胜追击进军伊犁河谷，平定了阿史那贺鲁的叛乱，再次统一了西域。
唐朝中央政府在西域实行了和内地一致的行政建制，针对伊犁地方各部族多是西突厥这一特殊情况，采用羁縻性质的都督府州制度进行管理，任命和册封当地各族部落首领担任都督，允许世袭。他们作为唐朝政府的官员，领取俸禄，具体负责当地日常行政事务，在伊犁及其邻近地区设置了洁山、盐泊、双河、等都督府，在各都督府内设了功、仓、户、兵、法等专职官司吏，并在北庭沿天山北麓通弓月城，渡伊犁河到碎叶的交通线上，设置了完整严密的驿站制度，唐朝在伊犁除设官轩守，征收赋税外，还加强了军事部署，从内地调拨了大批常备军队驻防伊犁，归北大庭大都护府直接指挥。唐朝在伊犁的这些措施，把伊犁同祖国内地紧密地联结在一起，维护了中西经济文化交流的畅通和繁荣，使伊犁与中原的统一达到了新的高度。
有诗云，“乌孙故国何处寻，牧人遥指伊丽水”。
乌孙是伊犁地方历史上著名的古老民族之一。原分布在我国河西走廊一带，比较弱小，常受月氏的欺侮。匈奴强盛大后，击败月氏，乌孙昆莫猎骄靡率领部众，西击大月氏，迫使大月氏再次迁徒，乌孙遂居留在伊犁河流域，建立了历史上著名的乌孙国。乌孙在伊犁先后活动500余年，影响深远，影响深远，它是形成现代哈萨克族的族源之一，至今哈萨克中仍有叫乌孙的部落，乌孙古墓则是他们留存于伊犁草原的重要文化遗迹。
唐代后期，伊犁地方的主体民族为突厥旧属葛逻禄部，葛逻禄与回纥、牙格马部联合建立了喀喇汗王朝，它的首领认为自己是中国人，自称“桃花石汗”是中原朝廷历史上第一个信奉伊斯兰教的地方政权。
公元1124年，东北契丹贵族耶律大石率部万里西迁至西域，1131年灭喀喇契丹。伊犁的葛罗禄部即臣服于西辽王朝。在这一时期，伊犁著名的古城——阿里马城，赤木儿城兴建，并发展成为丝路北道上的重镇。
公元13世纪初，成吉思汗统一漠北草原诸部落，建立蒙古帝国，后又向西进军，开始征服西域，公元1211年，伊犁河流域的葛逻禄部投附成吉思汗，大大动摇了西辽的统治。公元1219年，成吉思汗亲率大军，经伊犁河谷，出征中亚，成吉思汗征服西域和中亚广大地区后，将伊犁等广阔土地分封给他的二儿子察合台，史称察合台汗国。
伊犁虽是察合台汗王的封地，但
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