突厥人本为柔然（南北朝时期的草原帝国）的炼铁奴。居于金山南麓(今阿尔泰山南缘)，因金山形似战盔“兜鍪”，俗称突厥，故以突厥为其部落名。其首领以阿史那为姓。
546年，突厥首领阿史那土门率领部众击败了进攻柔然的高车（铁勒）军队，土门自恃有功于柔然，便向柔然求婚，却遭到柔然君主阿那瓌可汗的辱骂:“尔乃我锻奴（炼铁奴），何敢发是言耶？”。土门由此怀恨在心，立志推翻柔然的统治。
550年（西魏大统十六年），突厥首领阿史那土门率领部众，击败并吞并高车（铁勒）诸部五万余帐，开始发展壮大起来。
551年，西魏为联合突厥制约柔然，同意了土门的求婚，并将长乐公主远嫁突厥。
552年突厥击败柔然，柔然可汗阿那瓌兵败自杀。土门建立起突厥汗国，建牙庭于鄂尔浑河上游的郁督军山，并自称“伊利可汗”(盟主或国王之意)。
553年，土门去世，其子科罗被立为可汗，号乙息记可汗。但不久科罗又死去，科罗并未立其子摄图（后来的沙钵略可汗）反而立他的弟弟俟斤（官职）燕都继位，号木杆可汗。燕都继位后，灭掉柔然残余，并逐走契丹，逐步征服了金山以东蒙古草原诸部。突厥势力迅速扩展至整个蒙古高原。人数比较少的突厥人在此过程中融合了大量铁勒人，突厥人也从白种人变成黄白混血。
556年，留守金山突厥故地的木杆可汗伯父室点密（伊利可汗土门之弟，号莫贺咄叶护），在使高昌和吐谷浑臣服之后，率领突厥以及铁勒等族十万部众开始西征。他首先同波斯萨珊王朝的库思老一世结盟，共同攻打西域霸主嚈哒[yàndā]（即白匈奴）。
558年，突厥和波斯两国军队在阿姆河会师，并以此河为界瓜分了嚈哒的领地。不久，室点密又击败了柔然残部阿瓦尔人，将其逐往伏尔加河一带，并派军追击。因此功绩，木杆可汗燕都封室点密为西部可汗，名义上受东部总可汗的管辖，实际上取得了独立地位。
567年，室点密派遣使者摩尼亚赫前往波斯和东罗马帝国，要求控制丝绸贸易，波斯国王库斯老一世拒绝，而东罗马皇帝查士丁尼一世虽然表示并不需要丝绸，但是却愿意同突厥联盟对抗波斯。之后，在室点密的进击下，突厥汗国的势力越过阿姆河向西一直拓展到里海。这样，突厥汗国的疆域“东自辽海（今辽河）以西，西至西海（即今中亚里海）万里，南自沙漠（今新疆塔克拉玛干沙漠）以北，北至北海（今俄罗斯贝加尔湖）”。
对于这样一个建立在分散、流动的游牧经济基础上的游牧帝国，要保持如此辽阔疆域的统治，就只能采取松散的，甚至是只维持名义的统治方式。故突厥汗国在最高首领可汗之下设立了一批由可汗的子弟或是宗族担任的小可汗。此外在各部还设有俟斤、叶护、特勤、啜、俟利发、吐屯等二十八等官爵，且各部首领都有相当强的独立性。
北周建德元年（公元572年），木杆可汗死，舍其子而立其弟东面可汗（东面可汗是突厥汗国地位仅次于大可汗的方面小可汗，相当于储君，管领突厥东部各属部）阿史那库头为佗钵可汗。佗钵可汗对木杆可汗舍子立弟的做法一直非常感激。临死教前导儿子阿史那庵罗，要其将汗位让位与木杆可汗的儿子阿史那大罗便。但在佗钵可汗去世后，他的遗嘱受到乙息记可汗的儿子摄图为首的贵族的强烈反对，他们认为大罗便的母亲出身卑贱，没有资格出任突厥汗国大可汗，而庵罗的母亲出身高贵，主张由庵罗继任突厥可汗。摄图在土门诸孙中年龄最大，势力也最强，所以他的主张占了上风。于是庵罗成为突厥可汗，但他不能制约大罗便，更不堪其辱骂之苦，便将汗位让于有功于己的摄图。
579年摄图继承汗位，号伊利俱卢莫何沙波罗可汗，又号沙钵略可汗。作为回报，摄图以庵罗为第二可汗，驻牧于独洛水流域。沙钵略又任命大罗便为阿波可汗，让其统率一部分部众。但大罗便对摄图的继位更加不满，公开就沙钵略大可汗之位的合法性提出挑战，突厥西部可汗达头可汗（达头可汗为室点密之子)也拒绝承认沙钵略可汗名义上的宗主地位。虽然这场争夺大可汗位置的斗争，最终以摄图的胜利而告结束，但是突厥汗国内部大小可汗之间的矛盾则由此愈演愈烈。其结果，双方间的信任已不复存在，突厥大可汗对小可汗的控制能力也随着大小可汗间矛盾的表面化而大大降低了。
突厥西部虽然从室点密以来就已经“自为可汗”但表面上却一直尊奉土门系可汗为突厥的大可汗，维系着汗国形式上的统一。室点密去世后，西突厥的汗位由他的儿子继承，号达头可汗。突厥内部发生争夺大可汗位置的斗争致使大可汗权威下降，小可汗的权力上升，独立性更强，大可汗对突厥汗国的控制力相应地削弱了。这种情况的出现，大大刺激了达头可汗的野心。达头可汗与沙钵略可汗的斗争也不可避免，突厥汗国的裂缝更一步扩大。
突厥的强大也使根基未稳的隋王朝感到担忧。隋文帝决定采纳长孙晟“远交近攻，离强合弱”的策略，努力促使与突厥大可汗有矛盾的阿波与达头联合起来，共同对付大可汗沙钵略，以达到削弱突厥汗国整体实力的目的。
开皇元年(581年)隋文帝派遣太仆元晖出使达头可汗的汗廷，并将狼头纛赐给了达头可汗。达头可汗遣使出使隋朝时，隋文帝又让达头的使臣位居沙钵略使节之上。“反间既行，果相猜贰”。这种做法又进一步加深了东西突厥间的矛盾。
隋的统一，结束了突厥汗国没有强邻的历史。突厥汗国要想重新得到北周、北齐时期中原的大量物资供应，只能通过战争来解决。于是沙钵略发动了对隋朝的战争。当突厥军队在周盘击败隋军后，沙钵略决定乘胜南下，达头却不从，引兵而返。作为大可汗，沙钵略竟然无可奈何，只得无功而返。
开皇三年(583年)沙钵略以阿波可汗为先锋再次南犯，隋军利用沙钵略与阿波之间的矛盾，与阿波在阵前议和，阿波遣使入隋，并先行撤军，返回塞北，导致沙钵略遭受重创。沙钵略在逃回塞北后，将失败的责任归于阿波可汗的背叛。派军袭击阿波可汗的营帐，大破其部并杀阿波母。突厥内部的矛盾骤然升级。由相互猜忌上升为公开兵戎相见。阿波可汗无处立足，转奔西部的达头可汗。沙钵略也趁机清除与阿波可汗关系密切的贪汗可汗，夺其众而废之，导致贪汗也奔达头而去。突厥内部的公开分裂为达头可汗提供了千载难逢的良机，达头乘机介入内斗，支持阿波与贪汗，反对大可汗沙钵略。同年，达头派阿波东征，阿波几次打败沙钵略，收复了自己的领地。沙钵略的堂弟地勤察也适时归附达头可汗。于是，以达头可汗为首的四支力量联合起来，公开反对沙钵略可汗，形成了独立的西突厥。突厥汗国由此出现了东西两大军事政治集团。战争的规模进一步扩大上升为东西突厥间的战争。从此，突厥汗国正式分裂为东西两个汗国。******沙钵略可汗在隋北境，西突厥达头可汗则在隋西北。双方以金山（阿尔泰山）为界。西突厥汗国可汗是室点密的子孙，其牙庭设在应娑（应娑原址在今焉耆西北300公里处，汗庭后来迁到石国北面的千泉）。******汗国可汗则为创立者伊利可汗的子孙，牙庭为原汗国牙庭，在郁督军山。东西两突厥互相攻伐。
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隋文帝开皇五年（585年），******沙钵略可汗被西突厥阿波可汗所困，向隋告急，请求归附。隋朝同意沙钵略率部众驻牧于今内蒙古呼和浩特地区，并在“紫河镇”（今内蒙古托克托县北）建立可汗的牙帐。
587年沙钵略可汗病死，其弟处罗侯继位，是为叶护可汗（又名莫何可汗）。他以隋朝所赐旗鼓西征生擒阿波献于隋朝。
588年，叶护可汗再次西征西突厥时中箭身亡。******贵族拥立沙钵略的儿子雍虞闾为主，称都蓝可汗。都蓝可汗上表隋文帝请求通婚，而驻守突厥北方的处罗侯之子突利可汗染干，也请求通婚。隋文帝于597年以宗室女为安义公主，嫁给突利可汗。都蓝可汗大怒，与西突厥达头可汗合兵袭击突利可汗。599年，突利战败，南逃归附隋文帝，隋文帝隆重迎接突利，并且承认他的可汗地位，让他在河套地区建国，册封其为启民可汗，并将宗女义成公主嫁给突利为妻。
开皇十九年（599年）春，都蓝可汗派兵攻打大同，隋文帝派汉王杨谅为元帅，统兵出征。左仆射高颎出朔州道，右仆射杨素出灵州道，上柱国燕荣出豳州道，阻击都蓝。都蓝与达头联兵，攻下尉州（今河北尉县）。隋上柱国赵仲卿率三千士兵与突厥交战，前后七天，大败突厥，俘虏1000余人，牲畜1万余头。突厥组织队伍，进行反扑，赵仲卿列方阵又相拒五天，直到高颎大军到来夹击突厥，都蓝败逃。杨素与达头相遇，击败达头所率十万突厥骑兵，达头本人受伤逃回。同年，都蓝可汗被部下杀死，西突厥达头可汗自立为步迦可汗，进军******，一时成为整个突厥的共主。
开皇二十年（600年）四月，西突厥步迦（达头）可汗再次攻隋，隋文帝派晋王杨广、右仆射杨素出灵武道，汉王杨谅和史万岁出马邑道迎敌。隋军在水草中放毒，突厥人马饮食后纷纷死亡，突厥人大多迷信，以为天降恶水，要灭亡突厥，便乘黑夜撤兵。隋军追杀百余里，斩首数千级。
仁寿元年（601年）正月，步迦可汗再次犯边，打败隋将恒安。随后，隋文帝派杨素等人在启民的协助下进攻达头部属。
仁寿三年（603年）秋，西突厥部族分裂，铁勒的思结、伏利具、浑、斛萨、阿拔、仆骨等10多部，背叛达头可汗归附启民可汗。奚、霫等5部也内迁隋境。达头无法控制局势，遂逃入吐谷浑，不知所终。启民可汗全部接管了突厥之地。
隋炀帝大业三年（607年），启民可汗入朝，炀帝又亲自巡视北方。隋王朝取得了反击突厥的彻底胜利。
大业五年（609年）十一月，启民可汗病死。隋炀帝立其子咄吉世（又作咄吉）为始毕可汗。几年以后，始毕可汗的力量逐渐强大。隋朝右光禄大夫裴矩建议将宗室女嫁给始毕之弟叱吉设（设为官职），并封他为南面可汗以削弱始毕可汗的势力。但是，叱吉不敢接受。始毕可汗知道这件事以后，对隋朝很不满。裴矩又认为突厥人本来很单纯，很容易离间他们，只是由于突厥汗国中有许多狡猾的西域胡人给他们出谋划策，所以不好对付。特别是其中的史蜀胡悉最为诡计多端，备受始毕可汗信任，必须除掉此人。经隋炀帝同意后，裴矩派人将史蜀胡悉诱骗到马邑“互市”，加以杀害。始毕可汗得知事情真相以后，不再向隋遣使朝贡。
大业十一年（615年）八月，隋炀帝巡狩北塞。始毕可汗趁机率领十万骑兵南下，围隋炀帝于雁门郡城（今山西省代县）。齐王杨暕率后军守崞县（治今山西省原平县北崞阳镇）。突厥大军攻克雁门郡41座城池中的39座，仅雁门、崞县两城未被攻破。雁门城中15万军民只剩下20天的口粮。隋炀帝效仿汉高祖刘邦被匈奴围困于白登山求救于匈奴阏氏之策，派人向始毕之妻、隋义成公主求救，公主遣使假告始毕“北边有急”。炀帝又假诺重赏募兵，引附近各县民众纷纷应募，加上隋东都和多郡的援兵相继抵达忻口（今山西省忻县北忻口镇）。始毕在九月撤围而去。
隋大业十四年（公元618年），随着隋炀帝身死扬州，一些地方割据势力乘机崛起。当时，隋朝因内乱、分裂而严重削弱，而******则因内部统一而转向强大。东起契丹、室韦，西尽吐谷浑、高昌诸国，都臣服于******。中原的许多汉人也因避乱而迁入******分布地区。北方的割据者们，为争取外援也纷纷同突厥联系，甚至俯首称臣。
由于始毕亲身经历过隋朝的“离强合弱”的政策措施，对隋朝的政策体会最深。所以他也制定了一系列政治册封的政策来分化操纵中原。他立割据雁门的刘武周为定杨可汗，封割据朔方的梁师都为大度毗伽可汗，封占据榆林的郭子和为屋利设。其余如薛举、窦建德、李轨、高开道、王世充等人也先后称臣于突厥。唐高祖李渊太原起兵时，也从刘文静和好突厥之计，亲自写信与突厥始毕可汗联系。
唐武德二年（619年），始毕可汗病故。始毕可汗之子什钵苾年幼，未能嗣位。始毕之弟俟利弗设继位，是为处罗可汗。处罗复以隋义成公主为妻。
唐武德三年（620年），处罗可汗死，处罗可汗之弟咄苾嗣位，是为颉利可汗。颉利为启民可汗第三子。他又以隋义成公主为妻。
颉利可汗连年进扰内地，掠夺人口和财富。颉利可汗曾亲率大军15万入攻并州，掳男女5000余口；又曾率骑兵10余万大掠朔州、进袭太原；更于公元626年唐太宗李世民刚刚即位之时率兵20万直逼唐都长安城外渭水便桥之北，距长安城仅40里，京师震动。唐太宗被迫设疑兵之计，亲率臣下及将士隔渭水与颉利对话。颉利既见唐军军容威严，又见太宗许以金帛财物、与之结盟，乃领兵而退。（“渭水之盟”）
贞观元年（627年），薛延陀起兵反******，建立薛延陀汗国，唐王朝立即册封薛延陀可汗，以对抗突厥。
贞观三年（629年）秋，唐太宗命李靖率李勣、柴绍、薛万彻，统兵10万，分道进击******。李靖出奇制胜，在定襄大败******，降其部众五万余人。唐军又挥师疾进，大破******军队，颉利西逃吐谷浑，途中被俘。******由此覆灭。西北诸部慑于大唐天威，“咸请上（唐太宗）尊号为天可汗”。
贞观八年（634年）颉利可汗死，唐太宗封其为归义王，葬于灞水（今陕西省渭河支流灞河）之东。
唐帝国先后在突利可汗故地设置顺、祐、化、长四州都督府，在颉利可汗故地置设定襄都督府、云中都督府。永徽元年（650年）又在车鼻部之地设瀚海都护府，领狼山、云中、桑干三都督府，苏农等二十四州。龙朔三年（663年），瀚海都护府移治云中古城，改名云中都护府，移燕然都护府于碛北，并改名瀚海都护府，以碛为界，碛南诸都督府州隶云中。麟德元年（664年），云中都护府改名单于大都护府，辖境北距大漠，南抵黄河。
西突厥：
西突厥达头可汗在603年被隋王朝击败后，有汉室血统的曼继位为西突厥泥撅处罗可汗，但处罗治国无道，臣民多叛。隋大业元年（605年），处罗可汗发兵袭击铁勒诸部，又因猜疑薛延陀部生变，杀其酋长数百人。因此铁勒各部都起来反对处罗，并多次将处罗击败。隋朝黄门侍郎裴矩闻西突厥国乱，建议隋炀帝招抚处罗。于是在大业四年（608年），隋炀帝派遣司朝谒者崔君肃至西突厥慰谕。处罗受诏，并于大业五年（609年）十二月，率部众到达隋京长安朝觐。大业六年正月，隋炀帝三分处罗可汗内附部众：其弟阙度设率领老弱万余人，至会宁（治所在今甘肃省永登东南）居住；特勤阿史那大奈领余众居楼烦（治所在今山西省静乐县）；封处罗可汗为曷萨那可汗，领五百骑随皇帝巡幸，后从征高丽。
唐王朝建立后，处罗可汗于武德元年（618年）十二月在长安归顺，唐高祖降榻欢迎，并封其为归义郡王。但之后处罗可汗被******始毕可汗派出的杀手刺杀。
在泥撅处罗可汗归隋以后，留守故地的西突厥余部于大业七年（611年）立处罗之叔射匮可汗为主。射匮可汗设王庭于龟兹北三弥山（今新疆维吾尔自治区库车县北依契克巴什河一带之山），并迅速占有东北至阿尔泰山，东南到玉门，西北到里海，西南至兴都库什山的大片中亚土地。
射匮可汗在唐武德二年（619年）死后，其弟统叶护可汗继位。
统叶护可汗竭力开疆拓土，北并铁勒，西拒波斯，南濒罽宾，称霸西域。他授予西域诸国国王“颉利发”称号，给每国派一名吐屯进行监督，征收贡赋。并迁西突厥王庭于石国北千泉（在今中亚塔什干北库马雷克至灭尔基一带）。
统叶护可汗的伯父在贞观二年（628年）杀死统叶护，自立为莫贺咄侯屈利俟毗可汗。
但其自命的可汗不为国人所服。西突厥弩失毕部便推举泥孰莫贺设（莫贺设为官名）为可汗，但泥孰不肯就位，弩失毕部便立统叶护可汗之子咥力特勤为乙毗钵罗肆叶护可汗。肆叶护可汗和莫贺咄可汗互相攻击，征战不止。唐贞观四年（630年），莫贺咄兵败，逃往金山途中被泥孰杀死。于是西突厥诸部共推肆叶护为西突厥汗国大可汗。
但肆叶护可汗为人多疑且狠毒，继位不久就杀了功臣乙利小可汗，并诛灭其宗族，导致部下人人自危。
贞观六年（632年）秋，肆叶护在遭到设卑达干与弩失毕部的攻击后逃往康居，不久死亡。弩失毕部再次迎立泥孰，泥孰继位为咄陆可汗。贞观八年（634年），泥孰病死。其弟同娥设继位，是为沙钵罗咥利失可汗。
贞观十二年（638年），因******灭亡而逃到西突厥的******始毕可汗之子欲谷设自称乙毗咄陆可汗，与咥利失可汗大战，未分胜负。于是，双方以伊犁河为界，分地而治。
贞观十三年（639年），咥利失之臣俟利发吐屯勾结欲谷设作乱，咥利失被迫逃往拔汗那（今中亚费尔干纳盆地），不久在那里死去。
西突厥弩失毕部立咥利失可汗弟弟的儿子薄布恃勤为乙毗沙钵罗叶护可汗。乙毗沙钵罗叶护可汗建牙帐于睢合水北，管辖伊犁河以东之地。龟兹、都善、且末、吐火罗、焉耆、石国、史国、何国、穆国、康国等国皆受其节度。唐太宗也采取扶持咥利失可汗的策略，并在贞观十五年（641年）七月，命左领军将军张大师携带鼓纛前往西突厥授玺书，正式册立咥利失为西突厥可汗。
而乙毗咄陆可汗欲谷设则建牙于镞曷山西，管辖伊犁河以东之地。厥越失、拔悉弥、驳马、结骨、处木昆等部附属于他。
乙毗咄陆可汗与乙毗沙钵罗叶护可汗互相攻战，不久，乙毗沙钵罗叶护可汗被乙毗咄陆可汗杀死。乙毗咄陆可汗兼并乙毗沙钵罗叶护可汗部众，西破吐火罗，扣留唐朝使者。并于贞观十六年（642年）九月进攻唐伊州（今新疆维吾尔自治区哈密市），却被安西都护郭孝恪击败，此后唐军开始大规模反击。西突厥处密部趁势降唐，弩失毕部及乙毗咄陆部下屋利啜等也派代表至长安请唐朝废黜乙毗咄陆，另立西突厥可汗。唐太宗便遣使册立咄陆可汗侄孙为乙毗射匮可汗。乙毗咄陆可汗看到自己众叛亲离，便逃往吐火罗。
唐朝扶持的乙毗射匮可汗在与唐朝修好的同时，也开始扩张自己的势力。乙毗射匮不顾唐朝的压力，逐渐向龟兹、焉耆等国渗透自己的势力。648年，唐王朝昆丘道行军大总管阿史那社尔平定龟兹，击溃了乙毗射匮可汗在西域的势力。
唐王朝在击溃乙毗射匮的同时又晋封投降唐军的原乙毗咄陆可汗部将阿史那贺鲁为瑶池都督府都督、泥伏沙钵罗叶护，赐给他唐朝的鼓纛，派他去招抚尚未降唐的其它西突厥部落。贞观二十二年（649年）唐太宗逝世，唐王朝扶持的瑶池都督阿史那贺鲁趁机叛变。651年，阿史那贺鲁击败乙毗射匮可汗，招降其余西突厥部落，自立为沙钵罗可汗。设牙帐于双河（今新疆维吾尔自治区博乐、温泉县境内）及千泉。咄陆五啜、弩失毕五俟斤、处月、处密及西域诸国都归附于他。
永徽四年（653年），逃亡吐火罗的西突厥乙毗咄陆可汗去世，其子颉苾达度设称真珠叶护。真珠叶护联合五弩失毕部进击阿史那贺鲁。并派出使者几次请求唐朝发兵征讨贺鲁。唐王朝派出丰州都督元礼臣前去册封颉苾达度设为可汗，至碎叶城被贺鲁派兵阻拦未能抵达。
唐永徽六年（655年）五月，唐朝任命右屯卫大将军程知节（程咬金）为葱山道行军大总管，讨伐沙钵罗可汗阿史那贺鲁。显庆元年（656年）冬，程知节军至鹰娑川，前军总管苏定方击败西突厥骑兵四万人，唐军在抵达怛笃城后班师。
唐显庆二年（657年）春。唐王朝又派出两路人马向西突厥进发。十二月，苏定方军抵达金山（今阿尔泰山）西，击败五咄陆之一处木昆部，该部俟斤归降。苏定方率军至曳咥河（今额尔齐斯河）西，贺鲁举西突厥十万骑兵来拒。苏定方以唐及回纥万余骑兵迎敌，贺鲁大败。第二天唐军继续追击，五弩失毕部全部降唐。五咄陆部得知贺鲁兵败后，南往归附唐安抚大使阿史那步真。苏定方命令萧嗣业和回纥婆闰追击贺鲁，唐军冒雪昼夜兼程前进。至金牙山，纵兵破贺鲁牙帐，俘敌数万人。贺鲁渡伊丽水西逃。苏定方追至碎叶水，尽夺贺鲁部众。贺鲁及子咥运逃至石国（今塔什干）苏咄城，城主伊涅达干将他们逮捕，送往石国。石国王将贺鲁父子交给唐将萧嗣业和阿史那元爽。
唐王朝在平定贺鲁以后，在五咄陆部设置昆陵都护府，以阿史那弥射为兴昔亡可汗，兼骠骑大将军，昆陵都护。在五咄陆的处木昆部落置匐延都督府，胡禄屋阙部落置盐泊都督府，摄舍提墩部落置双河都督府，鼠尼施处半部落置鹰娑都督府，突骑施索葛莫贺部落置嗢鹿州都督府，突骑施阿利施部落置洁山都督府。
显庆三年（658年），唐帝国又在葛逻禄三部置三府，在谋落部落置阴山州都督府，踏实部落置玄池州都督府，炽俟部落置大漠州都督府。后来又从炽俟部落的大漠州中划分出一部分另置金附州都督府。
此外，唐王朝又在五弩失毕部置蒙池都护府，以阿史那步真为继往绝可汗，兼骠骑大将军，蒙池都护。
显庆四年（659年）三月，真珠叶护颉苾达度设在双河被唐王朝册封的兴昔亡可汗阿史那弥射击斩。至此，西突厥国亡。
长安二年（702年），唐廷又增设北庭大都护府（北庭大都护府的治所在庭州金满县，其遗址为今新疆吉木萨尔北破城子）统辖昆陵、蒙池两个都护府。
后突厥
自贞观四年（630年）******颉利可汗被俘，******亡国以后，在差不多半个世纪的时期内，唐朝统治下的******各部基本上稳定。但由于唐廷经常征调他们东征西讨，渐渐引起突厥部众不满，而突厥上层也有复国思想。
唐仪凤四年（679年）十月，单于大都护府下属的突厥酋长温傅、奉职二人率所辖二部反唐，立阿史那泥熟匐为可汗。二十四州的突厥酋长群起响应，部众一度达到十万人。
唐王朝派出单于大都护府长史萧嗣业、左领军卫将军苑大智、右千牛卫大将军李景嘉前往讨伐，却因防备不足遭到突厥军突袭，唐军死伤数万，诸将仅以身免。
仪凤五年（680年）三月，定襄道行军大总管裴行俭于黑山（今内蒙古自治区包头市西北）大破突厥军，擒酋长奉职，斩杀阿史那泥熟匐。突厥叛军余部退守狼山（今内蒙古自治区杭锦后旗西北）。温傅又从夏州（治岩绿，今陕西靖边东北白城子）迎颉利可汗族侄阿史那伏念北渡黄河，立为可汗。
开耀元年（681年），伏念与温傅连兵进攻原州（治所在今宁夏固原县）、庆州（治所在今甘肃省庆阳县）却遭到失败。伏念在唐军的逼迫下，逮捕温傅，向裴行俭投降。裴行俭答应保伏念不死。但回京后，裴炎妒忌裴行俭功大，唆使唐高宗杀死了伏念。唐朝的这种做法使突厥人大为不满，为突厥上层人物的再次叛唐埋下了祸根。
永淳元年（682年），吐屯（突厥部落酋长名）阿史那骨咄陆在知道伏念死后，率17人出走，不断招集伏念亡散残部逐渐聚众至5000人，并占领黑沙城（今内蒙古自治区呼和浩特市北），又不断抄掠九姓铁勒的大批羊马，从而使势力逐渐强盛。不久，阿史那骨咄陆自立为颉跌利施可汗，任命其弟默啜为杀（即设，官名），咄悉匐为叶护。后突厥汗国正式成立。阿史那骨咄陆在叛唐降将阿史德元珍的帮助下先后进攻并州（治所在今山西省太原市西南）及单于都护府（治所在今内蒙古自治区和林格尔县西北）北境，杀岚州（治所在今山西省岚县北岚城）刺史王德茂。
弘道元年（683年）二月，后突厥先后寇定州（治所在今河北省定县）、妫州（治所在今河北省涿鹿西南），三月围单于都护府，杀司马张行师，五月寇蔚州（治所在今山西省灵丘县）杀刺史李思俭，光宅元年（684年）秋寇朔州（治所在今山西省朔县）。由于后突厥频繁入侵，光宅元年九月唐廷任命左武卫大将军程务挺为单于道安抚大使，以防御突厥侵扰。但同年冬十二月，程务挺因代囚禁待斩的内史裴炎申辩违反武则天的旨意，竟蒙冤被杀。阿史那骨咄陆得此消息后，特设宴欢庆，又为程务挺立祠，每次出兵前都前往祭祷。
垂拱二年（686年），后突厥寇昌平（治所在今北京市昌平县西南），被唐左鹰扬大将军黑齿常之击退；同年八月又攻朔州，黑齿常之等在黄花堆（今山西省山阴县黄花梁）大破其军；十月，右监门卫中郎将爨宝璧贪功冒进，孤军深入碛北追击后突厥，全军覆没。武则天大怒，诛杀爨宝璧，称骨咄禄为“不卒禄”。
长寿二年（693年）十一月，骨咄禄病卒。其子年幼。其弟默啜自立为可汗。默啜成为后突厥可汗之后，于长寿二年（693年）十二月进攻灵州，大肆杀掠当地官吏和百姓。武后下诏以薛怀义为朔方道行军大总管，内史李昭德为行军长史，凤阁鸾台平章事苏味道为司马，率朔方道总管契苾明、雁门道总管王孝杰、威化道总管李多祚、丰安道总管陈令英、瀚海道总管田扬名等十八名将军带兵出塞，准备与突厥决一死战，后突厥遁逃，遂罢兵。
在这以后，默啜为了巩固其篡夺的汗位，改变策略，讨好中原王朝以取得支持。天册万岁元年（695年）冬十月，默啜遣使请降。武后授予他左卫大将军、归国公之职。天册万岁二年（696年），契丹反叛唐朝，默啜领兵帮助唐朝击溃契丹，武后于是册立默啜为颉跌利施大单于、立功报国可汗。
万岁通天二年（697年）三月，默啜请求武后将丰、胜、灵、夏、朔、代六州的突厥降户及单于都护府之地交予他管辖，并求谷种、缯帛、农器、铁等物。武后不允，宰相李峤也不同意。默啜大怒，拘谨了使者田归道，并骚扰边关。在姚稠的建议下，武后不得已将六州降户数千帐（户）送交默啜，并给他谷种4万斛、杂彩5万段、农具3千件、铁4万斤。后突厥国力由此大为增强。
此后，默啜又上书称自愿对武后称母，并愿意将自己的女儿嫁给诸王，
万岁通天三年（698年)六月，武则天命侄孙淮阳王武延秀前往后突厥，准备娶默啜女为妃。八月，武延秀到达后突厥南廷（都城）黑沙城。默啜却说：“我欲以女嫁李氏，安用武氏儿邪！此岂天子之子乎！且我世附唐，今闻其子孙独二人在，我当立之”他将武延秀拘留，并扬言要用武力帮助李氏恢复唐朝。接着，他亲率十万骑向南袭击静难、平狄、清夷等军，静难军使慕容玄崱率兵五千投降。突厥军尔后包围妫州、檀州。武后起先任命其内侄武重规领兵反击默啜，但毫无成效。随后又任命皇太子李显为河北道行军大元帅，以狄仁杰为副，讨伐突厥。默啜得知唐朝大军将出发，即将从赵州、定州掠夺的男女九万人全部坑杀，自五回道（在今河北省易县西）撤退。一些边将虽握有重兵却不敢逼近默啜，只有狄仁杰领兵10万追击，但未能追上。默啜回到漠北后拥兵40万，占地万里，西北诸部都归附于他。后突厥势力空前强盛。
圣历二年（699年），默啜任命其弟咄悉匐为左察，骨咄禄之子默矩为右察，各领兵2万多人；又任命自己的儿子匐俱为小可汗，地位在左、右两察之上，统辖处木昆等十姓部落，领兵4万多人，称拓西可汗。
长安三年（703年）六月，默啜派其臣莫贺达干向武则天提出，嫁其女给皇太子之子为妻。接着又派大臣移力贪汗入朝，献马千匹及方物，以谢许婚之意。武则天在宿羽亭设盛宴款待来使，并赐予重赏。长安四年（704年）八月，由于双方已建立“和亲”关系，默啜放还了被扣留6年的淮阳王武延秀。
神龙元年（705年）二月，唐中宗继位。神龙二年（706年）十二月，默啜进攻灵州鸣沙县，灵武军大总管沙陀忠义死战不胜，突厥军继而进犯原州（治所在今宁夏固原县）、会州（治所在今甘肃省靖远县），夺走陇右牧马万余匹。
唐中宗随即取消与后突厥联姻的计划，悬赏“能斩获默啜者封国王，授诸卫大将军”。
景龙元年（707年）十月，唐朝任命左屯卫大将军张仁亶为朔方道大总管，张仁亶趁默啜西征突骑施之机，乘虚而入，夺取漠南，在黄河北筑三座受降城（中受降城在今内蒙古自治区包头市西，东受降城在今内蒙古托克托西南，西受降城在今内蒙古乌拉特中后旗西南）三城首尾相应，截断了后突厥南侵之路。又在牛头朝那山（今内蒙古固阳县东）北设置烽候1800所。从此，后突厥不能越山南下放牧，朔方不再遭其寇掠。
景云二年（711年）正月，默啜遣使请和，唐睿宗同意，并下诏以宋王李成器之女为金山公主下嫁突厥。先天元年（712年）六月，唐左羽林大将军孙佺等在冷陉与奚交战时，被奚族大首领李大酺俘虏。李大酺将他们送交默啜，默啜将之杀之。同年九月，唐玄宗李隆基即位，立即废除了与默啜的婚约。
默啜既无法南侵，便改向西域扩张。开元二年（714年）二月，他派遣其子同俄特勤和妹夫火拔颉利发石阿失毕进攻北庭都护府，但被北庭都护郭虔瓘打败，同俄被唐军擒杀。火拔颉利发石阿失毕因失去同俄特勤不敢回去，便与其妻投唐，被唐玄宗封为燕山郡王、左卫员外大将军。
默啜势力日衰，便想通过依靠唐朝的威望来号令北方其它民族。开元二年（714年）四月，默啜又向唐廷遣使求婚，并自称“干和永清太驸马”。同年九月，葛逻禄部首领至凉州（治所在今甘肃省武威县）降唐。十月，西突厥十姓部落胡禄屋等部一万余户归降北庭都护府。开元三年（715年）二月，默啜之婿高丽莫离支高文简，与跌都督思太，吐谷浑大酋慕容道奴，郁射施大酋鹘屈颉斤、苾悉颉力，高丽大酋高拱毅等率领1万余帐脱离后突厥，至唐朝边境归附，被唐王朝安置在黄河南面原先降唐突厥居住过的地区。同年秋，默啜领兵进攻九姓铁勒诸部。九姓首领思结都督磨散降唐。
开元四年（716年）六月，默啜北征拔野古部，在独乐水（今蒙古国土拉河）大破该部。默啜恃胜轻归，毫无防备，途中被躲藏在柳林中的拔野古溃散战士颉质略刺杀。颉质略便和唐使郝灵荃一起将默啜的首级送至唐都城。
默啜的儿子小可汗匐俱继位，但不久被前可汗骨咄禄之子阙特勤杀死。默啜的诸子和亲信也一同被杀。阙特勤拥立其兄左贤王默棘连为后突厥君主，是为毗伽可汗。毗伽任命阙特勤为左贤王，掌管全部兵马。又任用其岳父暾欲谷为谋主。
河曲的突厥降户跌思泰、阿悉烂等听到毗伽可汗即位的消息后，纷纷率部返回后突厥。毗伽力量逐渐壮大，准备南侵。
开元八年（720年），唐玄宗以朔方大总管王晙为统帅，发蕃汉兵共计三十万攻击毗伽可汗。王晙从西面调动拔悉密部，东面调动奚、契丹两族兵，约定于秋季同至稽落水掩袭毗伽可汗牙帐。但拔悉密先行出击孤军深入，被毗伽可汗设计击溃。同年十一月，毗伽可汗回军经赤亭（今新疆鄯善县东北七克腾）出兵凉州（治所在今甘肃省武威县）击败唐河西节度使杨敬述。毗伽可汗因此声威大振。第二年（721年）二月，毗伽可汗遣使赴长安求和，又连年遣使向唐贡献方物，并且求婚。开元十三年（725年）四月，毗伽又派大臣阿史德颉利发向唐朝进贡请婚，并跟从唐玄宗东巡封禅泰山。但唐玄宗终究没有允许与后突厥联姻。
在这以后，毗伽可汗每年都派大臣至长安朝觐。开元十五年（727年）秋，吐蕃写信给毗伽，约他一起侵扰唐朝边境，毗伽不但予以拒绝，并且将吐蕃的来信送交唐朝。唐玄宗很赞许毗伽的诚意，在紫宸殿设宴款待送信来的后突厥大臣梅录啜。又允许在朔方军西受降城设立互市，每年以缣帛数十万匹与后突厥交换军马，以壮大骑兵队伍，并改良马种。
开元十九年（731年）三月，后突厥左贤王阙特勤死。唐玄宗派金吾将军张去逸前往吊奠，并为他设立祠庙，刻石为像。
开元二十一年（734年），后突厥大臣梅录啜下毒谋杀毗伽可汗，毗伽在毒药发作但尚未身死时，发兵杀死梅录啜并诛灭其党。
毗伽可汗死后，后突厥国人立其子为伊然可汗。伊然可汗在位八年后病死。其弟继立为苾伽骨咄禄可汗，唐朝派遣右金吾卫将军李质册封他为登利可汗。登利年幼，其母婆匐参予政事，国人不服。登利的堂叔分掌兵马，在东者称左杀，在西者称右杀。
开元二十九年（741年），登利忌左右两杀权势过大，与母亲合谋，诱右杀至可汗牙帐，将他杀死，夺其军队。左杀判阙特勤害怕被杀，先发制人，攻杀登利可汗，立毗伽可汗之子为可汗。但新可汗不久就被骨咄叶护杀死，另立其弟为可汗，接着骨咄叶护又杀其弟，自立为可汗。
天宝元年（742年）八月，拔悉密、回纥、葛逻禄三部联合攻杀骨咄叶护，推举拔悉密酋长为颉跌伊施可汗，回纥和葛逻禄的首领分别担任左、右叶护。后突厥部众另立判阙特勤之子为乌苏米施可汗，并以其子葛腊哆为西杀。唐玄宗遣使劝说乌苏米施可汗内附，但其不同意。朔方节度使王忠嗣列重兵于碛口，进行威胁。乌苏米施害怕，口头上表示愿降，但实际上进行拖延，并不前来。王忠嗣命令拔悉密、回纥、葛逻禄进攻后突厥。乌苏米施逃走。
后突厥西叶护阿布思、西杀葛腊哆、默啜之孙勃德支、伊然可汗小妻余塞匐、毗伽可汗女大洛公主、登利可汗女余烛公主等率领部众千余帐，先后降唐。
天宝三年（744年）八月，拔悉密杀掉乌苏米施可汗。其头颅被唐王朝传首京师以为震慑。但随后突厥残部便立乌苏米施之弟鹘陇匐白眉特勤为白眉可汗。唐玄宗命朔方节度使王忠嗣出击，击破后突厥左厢阿波达干等11部。
不久，回纥和葛逻禄又一起攻杀掉拔悉密酋长颉跌伊施可汗。回纥首领骨力裴罗南下占领突厥故地。天宝四年（745年）正月，骨力裴罗击杀后突厥白眉可汗，送其首级至长安。后突厥毗伽可汗妻骨咄禄婆匐可敦率众归唐。唐玄宗封她为宾国夫人。
至此，存在了半个多世纪的后突厥，在唐朝和回纥的联合攻击下亡国。从此以后，突厥在中国北方退出历史舞台，继之而起的是回纥汗国。