公元751年（唐玄宗天宝十年）怛（音da，二声）罗斯战役暴发，这场战争大致地点在现在的哈萨克斯坦江布尔城附近。
怛罗斯战役的起因是西域藩国石国“无番臣礼”，唐安西节度使高仙芝领兵征讨，石国请求投降，高仙芝允诺和好；但是不久高仙芝即违背承诺，攻占并血洗石国城池，捋走男丁，格杀老人、妇女和儿童，搜取财物，而且俘虏石国国王并献于阙下斩首。侥幸逃脱的石国王子遂向大食（阿拉伯帝国）的阿拔斯王朝求救。有消息说大食援军计划袭击唐朝西域四镇，高仙芝的反应是采取先发制人之策，主动进攻大食。鉴于当时唐帝国在西域的影响，有许多葛逻禄及拔汗那国的军卒参加大唐军队。组成的大唐联军有三万多人，其中唐兵占2/3。高仙芝率领唐联军长途奔袭，深入七百余里，最后在怛罗斯与大食军队遭遇。于是，一场历史上著名的战役——怛罗斯战役打响了。
在怛罗斯战役中双方相互撕杀，战斗持续五日。其间大唐联军的葛逻禄部见形势不妙反水倒向大食，高仙芝受到大食与葛逻禄部夹击，无力支撑而溃败不成军。副将李嗣业和别将段秀实收拢散兵游勇向安西逃遁，途中恰逢大唐联军中的拔汗那兵也溃逃至此，结果兵马车辆拥挤堵塞道路。李嗣业惟恐大食追兵将及，挥舞大棒毙杀百余名同属大唐联军的拔汗那军士，才得以率先通过。此前李嗣业还曾劝高仙芝弃兵逃跑，被段秀实斥责为“惮敌而奔，非勇也；免己陷众，非仁也”。最后高仙芝等遂引残兵逃至安西。此役以大食军完胜奔袭问罪的大唐联军为结局，唐三万余士卒近乎全没，只有少数逃脱。
对于唐军失败的原因史书上说的很粗略，不过唐帝国遭受怛罗斯战役之辱，唐军主帅安西节度使高仙芝是脱不了干系的。首先，石国这个西域藩国虽示不逊，但是在高仙芝上门问罪之时石国已经完全请降悔过，高亦与其允诺和好，因此高爽约并一概屠戮石国众生，掠夺物资，此为自陷大唐于不仁与不义之地；况且在对待“宗主国”的关系上，类似石国之“无番臣礼”也算是正常情况，关键是采取何种策略应对此类事件。不加区别地一味赶尽杀绝只能失去他们的人心，或者说单纯的武力征伐只能扬威于一时，而不能维系于一世。此为其道义与策略之失误。
其次，失败是由于高仙芝等唐朝军事将领的轻敌气傲。“知己知彼，百战不殆”。高在未掌握大食军队人员装备虚实的情况下，引领大唐联军深入七百余里，便是轻敌气傲的表现。而这种轻敌气傲缘于公元747年的一次战争。是年，高仙芝率领一万余军士讨伐（小）勃律（今巴基斯坦吉尔吉特），俘获勃律王及吐蕃公主。史书称大食等72国“皆震恐，威归附”。这种“皆震恐，威归附”不但表现出中国的“事后史官”的一种自淫自恋情节，而且也可以成为高仙芝三年后滋生狂妄情绪的理由。其实当时大食的倭马亚王朝因为内部纷争而无暇顾及勃律，这才是高仙芝讨伐勃律功成名就的原因。
孙子云：“不战而屈人之兵，善之善者也。”唐朝自唐太宗李世民时代开始，武定天下之后在西域基本上采取亲善、怀柔、安抚之政策，西域各方也仰视唐帝国之文明与强大，纷纷显示臣服大唐之意。在这一点上唐太宗比及先前几百年强兵黩武的汉武帝要高明十二分。所以前者获得“天可汗”之赞誉，后者则需要割下司马迁的生殖器方可显示其比匈奴人之高大。但是亲善、怀柔、安抚的政策被后来统治者逐渐弱化，而奉行一套用棒槌代替胡萝卜的短期行为。
怛罗斯战役前后，由于边防战事的缘故，唐朝在兵员制度上采取募兵制，取代先前的府兵制。这使得戍边军队数量庞大，远远多于内地驻军，从而形成“外重内轻”的局面。其结果是各方节度使一律自行招兵买马，拥兵自重，大权独揽，朝廷难以控制，甚至个别人身兼数个节度使之职，成为一方诸侯与霸主。
这些节度使为了发展自己的势力，往往不顾国家与百姓的承受能力，频繁发动武力征讨，甚至进行疯狂的屠城和洗劫，以向朝廷邀功请赏。而中央朝廷的纵容与鼓励，也助长了边关军阀的这种野蛮行为。“边亭流血成海水，武皇开边意未已”（杜甫《兵车行》），正是此番写照。边防数十万人马给国家造成沉重的军费开支。例如开元初年，每年仅边疆军费就约耗钱200万贯，开元末年又增加到1000万贯，到天宝末年就变成1500万贯了。面对如此巨大的开支，大唐的国库只有愈发干瘪了。因此，甚至可以说，大唐王朝的真正军事危机恰恰是出自边将势力的过度膨胀，而非所谓的外敌入侵。军事危机，加上各种社会矛盾的后果便是天下大乱。“安史之乱”正好是明证。怛罗斯战役4年之后，“安史之乱”暴发，大唐帝国于是元气大伤，告别了鼎盛的黄金时代。