这一时期，丝绸之路的交流范围也进一步扩大，不仅有经济交流，文化交流也兴盛起来，往来于丝绸之路的人不仅有商人和士兵，也有为寻求信仰理念和文化交流的人们。于是，中国大量先进的技术传到其他国家，其他国家的佛教、祆教、景教等也通过不同的途径传到中国，极大地满足了唐朝人在文化方面的需要。
安史之乱以后，唐王朝于唐德宗贞元六年（790年）左右退出了新疆，丝绸之路开始慢慢衰落。至唐末五代时，海上丝绸之路出现，陆路上的丝绸之路逐渐被取代。
唐代，兰州已由秦汉时期的边塞重镇、魏晋南北朝时期各民族政权交替争夺的军事战略要地变为国家的腹地城市，经过兰州地区的丝绸之路有三条道路都经过兰州。一是丝路东段关陇南道，这条道路从长安或洛阳起，越陇山至临州治所狄道，出狄道西北行，越沃干岭，沿阿干河谷至兰州治所金城（今兰州市城关区），从金城关一带渡过黄河，西北行至逆水（今庄浪河），沿逆水河谷去河西走廊。
二是丝路东段关陇中道，这条路自长安或洛阳西行，越六盘山至会州治所会宁，自会州西行至兰州，经兰州西去。三是唐蕃古道，也称吐蕃道。唐蕃古道是指丝绸之路东段的吐蕃道，其部分路段同丝绸之路河西道基本平行。这条道路是唐贞观八年（634年）开通的，自关陇南道经河州，至鄯州治所湟水县（今青海乐都大小古城），或由关陇中道经兰州至鄯州，再西南至吐蕃、尼波罗（今尼泊尔）、印度的道路。全线分为东段河湟道，中段吐蕃道和西段尼波罗道。丝绸之路与唐蕃古道都经过兰州，在兰州交汇，从而使兰州地区成为东西交通枢纽和重镇，其战略地位与民族特色更为突出。
宋代的兰州地区先后被金、西夏部分或全部控制，成为几个政权对峙、争夺的地区。由于当时北方草原丝绸之路全线在辽、金、西夏的控制之下，宋王朝所需的军用战马全靠吐蕃地区供给，于是出现了茶马互市形式的丝绸之路贸易。宋代经过兰州地区的丝绸之路路段，由于控制这一地区的政权的变换而有所变化，大体是由东京开封经西京洛阳至长安，沿传统道路经西安至会州，至兰州，经兰州至宗哥城（今青海乐都大小古城），转东北至西凉府西去。
蒙元时期，陆路丝绸之路重新开通，且比较发达，不过这种发达只是落日余辉罢了，随着蒙元帝国的灭亡，也就失去了作用。元代的丝绸之路的起点延至大都（今北京），线路也有所变化。经过兰州的道路为丝绸之路南道。由大都至奉元（今西安），至凤翔，西北行，过陇关，越六盘山，经定西至金城（今兰州市榆中），再经定远镇至兰泉驿（今兰州市武都路与永昌路交叉处的原永昌路百货大楼一带），然后渡黄河，经庄浪（今永登）西行。
兰州丝绸之路重镇的确立
兰州成为丝绸之路重镇是有一个发展过程的。
汉武帝元鼎六年（前111年），为进一步加强边境防守力度，分段从令居（今兰州市永登县南）筑长城，一直延伸到敦煌，并在长城内修筑有道路。修筑的长城是防御羌胡的军事屏障。而沿长城修筑的道路，因长城带上驻有重兵，这些士兵除守卫边防外，还有保卫长城带上道路畅通的责任，因而这条道路行走起来是比较安全的，所以既是一条重要的军事交通线路，又是一条较为安全的商贸、文化交流的线路。此时的丝绸之路虽已粗具雏形，但全线并未开通，故兰州仍然只是一个军事重镇，还没有成为丝绸之路重镇。
在汉“断匈奴右臂”后，丝绸之路虽已初步打通，但西汉赴西域各国的使者，西域各国赴西汉的使者，往往受到康居、大宛、乌孙、匈奴的刁难，直至杀害。其中，大宛劫杀汉使，直接引发了一场战争。李广利降服大宛后，中亚、西亚的交通孔道全线开通。此时，兰州在丝绸之路上的地位有所加强。
东汉末及魏晋南北朝时期，丝绸之路时通时断，艰难发展。此时，在西北地区河西一带由于五凉等政权的相继经营，相对比较安定。兰州地区经过前凉、前秦、后凉、南凉、后秦、西秦等几代的开拓和经营，丝绸之路东段河南道相对比较畅通，金城正是处于河南道中，而且是一座比较关键的城市，在丝绸之路上的交通地位有所提高。但是，尽管如此，此时的兰州仍然是一个兵家必争的军事重镇，军事战略价值要大大高于交通价值。
兰州真正形成为丝绸之路重镇之一是在唐朝。唐代是中国封建社会的高峰时期，也是丝绸之路的繁荣昌盛时期。同时，唐代大一统疆域的西扩，使兰州成为唐帝国的腹心城市，军事重镇的地位相对下降，而交通枢纽的地位则相对上升。这一时期，从长安出发沿丝绸之路去西域，有三条道路都经过兰州，兰州成为丝绸之路东段中线中三条支路和唐蕃古道的交汇地区，地位空前提高，这一时期的兰州虽不是丝绸之路的必经之地，但丝绸之路从长安西行，到兰州附近后，不论从哪一条支路西去，都必须渡过黄河才能进入河西走廊，而黄河兰州段上的几个渡口，都是当时重要的渡口，所以，不论从兰州附近的哪一条支路上西来，都要经兰州渡过黄河西去，就这样，兰州的丝绸之路重镇地位正式形成并被确定下来。此后的宋元时期，除宋、金、西夏对峙的一段时间外，在绝大多数时间里，兰州一直是西北地区联系中原与西域的交通枢纽。
丝绸之路对兰州地区历史文化和士人文化的影响
兰州作为丝绸之路重镇和政治、经济、文化交流的枢纽与集散地之一，对丝绸之路的各种交流都有着十分重要的作用。同时，在进行政治、经济和文化集散交流的过程中，必然对兰州原有文化产生深刻影响，从而促进兰州历史文化的发展和士人文化的孕育。
众所周知，丝绸之路既是一条路、一条交通线，也是一条纽带、一个大舞台，是沿线各国、各个民族进行各种交流的一个载体，其内涵非常丰富。丝绸之路把古代主要大国和主要的文明地区都连接在一起，通过这个纽带，给沿线诸国和各地各族提供了互通有无、相互学习、互相影响、交流文化艺术和科技、不断增进了解和建立友谊的条件和展示各国和各地各族风采的舞台。同时，这条路也是各国进行政治交流的使节之路，各国使节大多是经过这条路进行交流的。另外，这条路也是一条神灵之路，一条游牧民族的迁徙之路，如佛教及基督教的分支教派祆教、摩尼教、景教，以及后来的******教都是沿着这条线传播进入中国的。
丝绸之路对兰州历史文化和士人文化的影响首先表现在西方宗教文化的东来，从而创造了兰州地区灿烂的宗教文化。
东汉以后，南匈奴、乌丸、鲜卑、氐、羌、突厥等少数民族大量内迁至包括兰州在内的今甘肃、宁夏等地，并逐步汉化，致使汉族传统文化地域进一步扩展。与此同时，源于印度的佛教及佛教文化经丝绸之路缓慢地东进，在敦煌、兰州等地与汉文化交汇后，传入整个西北地区，继而至于全国各地。佛教文化在兰州地区与汉文化以及原有的多民族文化交汇、碰撞的过程中，对兰州地区多民族、多元文化及士人文化的孕育都产生了巨大的影响。
由于佛教通过各种渠道和方式，沿着丝绸之路传入包括兰州在内的西北地区，为很多人所信仰，使西北地区原有的本土文化受到冲击和影响。而本土文化为了应付这种冲击和挑战，也开始用本土文化来改造外来的佛教文化，从而使西方佛教及佛教文化在西北开始了本土化（民族化）的过程。这一过程的结果最终使兰州乃至整个西北地区的多民族多元文化发生了重大的变异，同时也给孕育中的兰州士人文化增添了新的内容。由于佛教文化逐渐渗透于兰州原有的文化之中，因而使兰州文化逐渐形成为具有佛教文化内涵的多元文化。
受西方佛教东传的影响，到魏晋南北朝时期，兰州已有相当规模的佛寺，而高僧法显也是经兰州过黄河西行求法。法显等到兰州时，正值四月，按佛家传统惯例，于四月十五日至七月十五在西秦国都苑川城（今榆中县苑川河流域）佛寺中夏坐。所谓夏坐，即在雨季坐禅修行。西秦则在其国都苑川大兴佛教，并供养与法显同来的玄高、昙弘、玄绍等为国师，同时供养的佛教弟子三百多人。后来高僧智猛等15名僧人，再次沿法显所走路线去天竺求学，20年后东归，往返都经过兰州。
在佛教影响逐步扩大的同时，兰州地区也出现了佛寺和本土僧人，其中释宝志是在佛教界有很大影响的兰州本土僧人。据有关记载，释宝志是宋齐梁间金城人，佛教高僧。先在红泥沟修行，后至江东道林寺，齐武帝迎入华林园。好为谶记，人称“志公符”。著有《文字训释》三十卷。
关于释宝志在红泥沟修行的事，至今在兰州还流传着一个个美丽的传说。据说志公当年修道时，每天晚上蛙声阵阵，打扰得他很难静下心来修行，于是他念动咒语，把青蛙全都驱赶到沟外，从此，红泥沟里再也没有了青蛙，至今也听不到青蛙的叫声。还有一个传说是说他修行的时候，口里老是含着一个珠子，每到晚上修行时，他就把珠子从窗口抛到红泥沟的石堆里，然后再出洞去摸黑把珠子找回来。
找回后再把珠子从窗口抛到红泥沟的石堆里，然后再找回来，就这样抛了找，找了再抛，夜夜如此，风雨无阻。过了几年后，有天夜里他抛出的珠子竟然发起了光来，他知道修炼即将成功，非常高兴。有一天夜里他梦见出外去化缘，有一个老太婆赠给了他两个油饼，他把油饼放在袖子里拿了回来。醒来一摸袖口，果然有两个油饼，从那以后他就飞升到天上去了。
清代邓隆所撰的红泥岩门联提到释宝志在红泥岩修行的事，门联写道：
真灵虽还虚，偶过此蛙谷鹰巢，当忆朱家旧事；
三教原一贯，何妨邀儒流道侣，来与弥勒同龛。
联语中的“朱家”就是指主祀宝志和尚的红泥岩志公洞，“旧事”是指宝志和尚曾在红泥岩修行的事。民国时期的慕寿祺也为红泥岩志公洞提过一副对联，联中提到志公修行时念咒禁止蛙鸣的事。对联写道：
岗占独龙，遗像我曾敬仰；
神能伏虎，咒蛙人又奚疑？
在魏晋南北朝时期，兰州周边地区的古金城郡范围内，也已出现了大量佛教建筑，这从一个侧面说明了今兰州地区在魏晋南北朝受佛教影响之大。曾建都于今兰州市榆中县的西秦乞伏氏十分崇信佛教，当时的僧人如玄绍、玄高、昙弘等都相继来到西秦境内。被列为全国重点文物保护单位、与今兰州市南部接壤、古代属金城郡范围的永靖县炳灵寺石窟即开凿于西秦时期。为西秦乞伏炽盘于建弘前后所开凿。最有代表性的第169窟就是乞伏炽盘所开，并在佛像上方有“建弘元年（420年）岁在玄枵三月二十四日造”题记。据郭方忠、张克复、吕靖华主编的《甘肃大辞典》介绍，该石窟位于县城西南35公里处黄河北岸小积石山中。小积石山相传为大禹治水时积石之处，千峰壁立，如万笏朝天，黄河飞流，似巨龙奔海。“炳灵”是藏语十万佛音译的简称，原称唐述窟，唐代改称灵岩寺，宋代始称炳灵。现存窟龛200余个，造像有佛、菩萨、弟子、天王等，高者达28米，小者仅25厘米。壁画有说法图、千佛、观音、供养人等。造像因时代不同而不同，西秦时期造像高鼻大眼，颇具西域民族特征；唐代的则丰满健美，精湛逼真，特别是菩萨像，薄裙飘带，满身缨络，腰身曲斜，娥眉凤眼，口唇微启，面含羞涩，是典型的少女形象。壁画构图古朴，线条流畅，着色艳丽。元明时代以密宗为内容的壁画，线条严谨圆润，色彩浓重热烈，具有鲜明的时代特征。窟中还保存有许多当时的游人题记，其中崔琳题记，记述开元中唐蕃议和，崔琳受命西使途经灵岩寺一事，尾署正、副使以下官员姓名72人，可见使团规模之大。炳灵寺石窟现为全国重点文物保护单位。