唐軍在西域的前期主要集中於對付吐蕃。此後不久阿拉伯帝國國內發生了政權更迭。公元747年6月9日，阿拔斯人在呼羅珊開始了對伍麥葉王朝(中國稱之爲“白衣大食”)的戰爭，艾卜勒·阿拔斯(Abu al Abbas)以呼羅珊(Khurasan)爲基地，在內戰中節節勝利，於公元750年4月26日攻陷首都大馬士革，阿拔斯王朝(中國稱之爲“黑衣大食”)建立。阿拉伯帝國進入了一個新的強盛時期，開始向中亞地區大肆擴張，與大唐帝國的激烈碰撞不可避免。
作戰經過
唐軍攻滅大食屬國石國之後，黑衣大食聯合河中所有屬國準備反攻安西四鎮。高仙芝很快得到這一情報，遂於天寶10年四月(公元751年)率大軍出征，準備先發制人。
唐軍翻越蔥嶺，穿過沙漠，經過三個月的長途跋涉，於當年七月抵達大食腹地怛邏斯城下，開始圍攻該城。大食聞訊後立即組織十餘萬大軍趕往怛羅斯城，雙方在怛邏斯河(Aulie-Ata今江布爾)附近列陣決戰。
在高仙芝指揮下，唐軍官兵英勇作戰。憑藉手提陌刀的步兵不斷列陣衝擊，並充分發揮出強弓硬弩的優勢，唐軍在開戰之初就完全佔據了上風;唐朝的騎兵部隊在步兵與弩兵的密切配合下，也一度壓制住了以驍勇善戰著稱於世的阿拉伯騎兵。
在持續數晝夜的激烈對戰中，唐軍予大食軍官兵以極大的殺傷，史料中記述着“梟敵首數萬”的輝煌戰績!但由於參戰的阿拉伯聯軍數量極多，在數量上完全居於劣勢的唐軍始終無法有效地殲滅敵軍。戰役進入了僵持!
戰役進行到第五天傍晚,唐軍之中的葛邏祿(Qarluq)僱傭兵突然反叛，從背後包圍唐軍步兵並阻絕了他們與騎兵的聯繫，唐軍頓時陣腳大亂!
阿拉伯聯軍乘機出動重騎兵突擊大唐軍隊陣形中心，高仙芝部不敵潰敗，兩萬人的安西精銳部隊，經過血戰後僅有數千人突圍!在收攏殘兵之後，驍勇的高仙芝並不甘心，還想發動一次反擊，最後在副將李嗣業的勸說下才放棄。
重要人物
大食軍主將阿布·穆斯林此戰後不久因功高震主被殺，手下大將齊雅德·本·薩里也被處死，其餘部反叛，呼羅珊陷入動盪。
在唐朝積蓄力量準備與阿拉伯帝國再較高下時，天寶十四年(公元755年)11月，安祿山叛反於范陽，天下大亂。高仙芝等將領先後被殺。
主要武器
唐軍
步兵均使用陌刀，威力極大，列陣而出則“如牆而進”，單刀肉搏時威力不減。史料中記載大將李嗣業用陌刀肉搏時：當嗣業刀者，人馬俱碎”。
騎兵則以輕重騎兵結合，一般使用馬槊，在近身肉搏時候則是用橫刀，也就是現在所稱的“唐樣大刀”。唐代橫刀的鍛造技術在當時世界上是很先進的，鍛造出來的刀鋒銳無比，而且步騎兼用，製造橫刀的技術後來被倭奴學去，成就了倭刀後世的聲名。
唐軍的鎧甲拋棄了魏晉的具裝鎧，演變爲以明光鎧爲代表的唐十三鎧，重量更輕，但防禦力卻大爲提升。
唐朝軍隊在武器上最大的優勢是擁有先進的弩，戰時唐軍一般會使用四種弩，“伏遠弩”射程三百步(450米)，“擘張弩”射程二百三十步(345米)，“角弓弩”射程二百步(300米)，“單弓弩”射程百六十步(240米)，四種弩在不同距離內均可對敵軍構成有效殺傷。
唐軍在與大食軍直接交戰前還曾圍攻過怛邏斯城，因此可以推測唐軍還動用了車弩，也就是後世所稱的牀弩。車弩爲“十二石”強弩，以軸轉車(即絞車)張弦開弓，弩臂上有七條矢道，居中的矢道擱一枝巨箭，“長三尺五寸”，“粗五寸”，以鐵葉爲翎，左右各放三枝略小的箭矢，諸箭一發齊起，李筌《太白陰經》中曾記述道：”所中城壘無不摧毀，樓櫓亦顛墜”!可見威力之強。
大食軍
阿拉伯步兵列陣時俱以長矛配盾牌。
大食軍隊裝備的大馬士革刀也是步騎兩用，這種阿拉伯彎刀鋒銳無比，在唐朝國內也享有盛名，唐代著名詩人杜甫就曾作《荊南兵馬使太常卿趙公大食刀歌》，盛讚“吁嗟光祿英雄弭，大食寶刀聊可比。”其騎兵的裝備也是長矛加盾牌，並且裝備弓箭。關於阿拉伯人的盔甲由於資料不足，沒有詳細的資料。在馬匹方面阿拉伯人更是佔了絕對優勢，阿拉伯馬是世界上最好的馬種，這是唐軍所無法比擬的。
結局
唐軍惜敗怛羅斯城下!
歷史意義
怛羅斯之戰的直接後果是阿拉伯帝國完全控制了中亞，中亞開始了整體伊斯蘭化的過程，在西域綿延千年的漢唐文明開始淡出這一地區。
影響
黑衣大食是阿拉伯帝國的一個鼎盛時期，雄心勃勃的阿撥斯王朝四處擴張，甚至有徵服中國的戰略計劃，在中亞與唐朝爭奪控制權只是該計劃的一部分。由於對大唐帝國軍隊在怛羅斯戰役中表現出的驚人戰鬥力印象深刻，阿拉伯軍隊未敢乘勝追擊，並由此放棄了進軍中國的迷夢，轉向對歐洲的擴張。此役中唐朝有大量技術人員被俘虜，中國的造紙術和火藥由此西傳，撒馬爾罕一度成爲阿拉伯世界的造紙中心，對後世影響深遠。
軼事
突騎施：高仙芝準備恢復唐朝在西域勢力之初，由於受到阿拉伯帝國強大的擴張壓力，中亞諸國均開始向黑衣大食臣服!先前由於與吐蕃連年征戰，唐軍無力西顧，使西域防務空虛。但高仙芝也採取了一些手段來對抗阿拉伯的勢力。突騎施是一支自西突厥汗國被唐軍攻滅後仍活躍於中亞的強大突厥人武裝，曾經對唐朝邊境不斷騷擾，後來接受唐朝招安，臣服於唐朝，並以大唐帝國代理人的身份和阿拉伯人在中亞對抗過一段時期。突騎施在後期再度叛唐，最終在阿拉伯帝國的猛烈打擊下徹底敗亡。突騎施殘部歸附了黑衣大食，成爲阿拉伯帝國擴張的爪牙。
