大兵压境后，石国国王主动请降，高仙芝假装应允，随后袭其国都，俘国王，掠珍宝，屠其城。在回师路上，又顺道征讨了突骑施国（西突厥别部），俘其可汗。所以，天宝十年（公元751年）正月，高仙芝入朝献俘时，一次性交给玄宗以下战俘：石国国王、突骑施可汗、朅师国王（此前一次远征中俘获）和吐蕃的一名大酋长。
对高仙芝在西域的征战，玄宗有喜有忧。喜的是有此经验丰富无往不胜的大将，忧的是有人弹劾仙芝兴师灭国有自树其威和假公济私的嫌疑。比如，对石国和突骑施的攻打。但问题是，玄宗也是个好大喜功的人，因而并没治罪于仙芝的想法，只是一度想把他跟前面提到的河西节度使安思顺对调。但安不想去西域上任，设计谋叫部下强留自己，最后没调动成。
就在这时，西域又面临一次新的大战，想调回高仙芝也不可能了。
当时无论攻击小勃律，还是征服其他国家，都是唐朝与吐蕃西域争夺战的一部分。如果单纯地指责高仙芝好扬威异域也是不恰当的。在高仙芝一连串的行动下，到八世纪中期，吐蕃的进攻势头显然已被遏制，在“安史之乱”前他们实际上退出了这场对决。
但就在这时候，一个更庞大更危险的对手来了，这就是大食（阿拉伯帝国）。
高仙芝毁灭石国后，该国王子逃了出去，转诉于西域各国。此时，以大马士革为都城的大食帝国崛起，一直在向东方发展，已征服了不少城邦。所以趁此机会，大食联合西域属国，欲进攻大唐安西四镇。高仙芝得知这个消息后，遂决定主动出击。
唐朝和大食为当时世界上东西两大帝国。唐朝的触角往西伸展，大食的触角往东扩张，火星撞地球的事迟早要发生。跟王天运当初伐小勃律一样，高仙芝也组成了联军。这也是唐军在西域征战的惯例。此次联军中除两万唐朝骑、步兵外，还有一万名来自葛逻禄和拔汗那的士兵。拔汗那是西域古国，汉朝时称大宛，以出“汗血宝马”著称。葛逻禄则跟突骑施一样，是西突厥的一支。但该部狡猾无常，天宝初年才降服于唐朝。
天宝十年（公元751年）四月，高仙芝带着李嗣业、段秀实等大将，率两万精锐唐军又一次从龟兹出发，开始了对大食的远征。在向西的路上，陆续会合了葛逻禄和拔汗那的人马。此时，大食帝国的四万主力军也在由西向东进行威力搜索。最高统帅是这个帝国呼罗珊地区（统辖今伊朗、阿富汗和土库曼斯坦的一部分）的总督艾布，实际指挥官是一名叫齐雅德的将军。
历史上，大食帝国分白衣大食和黑衣大食两个王朝。
最初建立的是白衣大食，又称伍麦叶王朝。后来，强人阿拔斯以呼罗珊地区为基地，发起反对伍麦叶王朝的战争，在一年前也就是公元750年春攻陷大马士革，建立阿拔斯王朝，即黑衣大食。这是一个更加强盛的帝国，当时丝绸之路上的很多王国都已臣服。
高仙芝的三万联军和齐雅德的四万军队，一个由东向西，一个由西向东行进，三个月后也就是七月时遭遇于怛罗斯（现哈萨克斯坦的塔拉兹，以前称江布尔）。
这次遭遇是划时代的。
此时怛罗斯城已被大食军队控制。对这个地方，久经阵仗的唐朝安西军团的士兵并不陌生。
那是开元二十六年（公元738年），前面提到的突骑施发生内乱，叛军盘踞两个地方对抗唐军，一个地方是我们熟悉的碎叶城（传说中李白出生的地方，今俄罗斯托克马克），另一个地方就是怛罗斯。唐军攻克碎叶城后，时为大将的夫蒙灵察分遣一部兵力长途奔袭怛罗斯，克城擒王。随后，突骑施在唐朝的支持下，一直跟大食帝国作战。
当高仙芝的安西军团抵达怛罗斯时，大食帝国也组建了一支联军，除四万阿拉伯骑兵外，还纠集了六万属国的部队，一共十万人拦截唐军。也就是说，在怛罗斯，是一场三万打十万的会战。
在人数上，高仙芝不占优势。但他手下的唐军尤其是作为主力的两万汉家子弟，每个人都身经百战（“汉兵大呼一当百，虏骑相看哭且愁”），他们以骑兵为主，辅以重步兵和弓弩兵。唐骑配备的武器是马槊与横刀。横刀身狭直如剑，长柄，可双手握，后为日本人所改造，成为日本刀；重步兵使用陌刀，这种刀两面带刃、双手使用的长柄战刀。陌刀的柄与刃的比例大约是二比三。刀刃的宽窄一如日本刀，但并不弯曲，而如长剑一般直，又称“断马剑”，是专门对付骑兵的。盛唐军队在西域征战，面对游牧民族的骑兵，陌刀发挥了巨大作用。