天寶十年（751年）正月， 高仙芝將石國國王斬首，僥倖逃脫的石國王子向阿拉伯阿拔斯王朝求救。高仙芝先發制人，主動進攻 ！

《新唐書·石國傳》“怛羅斯城，石國常分兵以鎮之。"怛羅斯城是石國的第二大據點，不遠處的撒馬爾罕，早已經是大食兵聚集的 據點。 高仙芝不知道阿拉伯大軍的意圖，為了阻止阿拉伯大軍東進，準備以攻為守。天寶十年（751年）四月，高仙芝從安西出發。經過三 個月的長途跋涉到達了怛邏斯，開始圍攻怛邏斯城， 阿拉伯人在接到高仙芝進攻的訊息後，立即組織了十餘萬的大軍在怛邏斯河 兩岸決戰。

戰爭持續了五天，葛邏祿部眾突然反叛，與阿拉伯軍夾擊唐軍，導致高仙芝失敗，只剩下數千人返回。

並不算太吃虧，因為對手在當地的駐軍是5萬人左右。

屈地波手下有4.7萬的阿拉伯嫡系部隊（40000來自巴士拉，7000來自庫法），而他一次徵召的布哈拉等地炮灰人數就達2萬人。

高仙芝的對手是阿布穆斯林，他的兵力並沒有超過這個數字，因為超出會被哈里發猜忌。

在怛羅斯之戰中，唐軍主要還是因為葛祿羅倒戈一擊，腹背受敵才導致的失敗。在人數上唐軍確實吃虧，不過計算上西域諸國跟隨安西軍所派出的僕從盟軍的話，雙方實力其實還是對半開的。

那麼，在數次邊境摩擦中，為什麼怛羅斯這次成為了唐軍唯一的一次失敗呢？

根據《新唐書》和《舊唐書》的記載，當時唐安西軍大約2萬人左右，在著名將領安西大都督高仙芝的指揮下，剛剛攻滅石國，在追擊石國王子的過程中，在怛羅斯城附近。遇到了應石國王子的求援而來的呼羅珊軍團。在之前的邊境摩擦中，大多都是小規模的戰鬥，這使得高仙芝等人對呼羅珊軍隊並不是很熟悉。加上當時的安西軍正處於消滅石國計程車氣大漲，趁勝追擊中，也有一定的輕敵因素。加上輕裝簡行千餘里，補給線拉的太長，不利於久戰。而呼羅珊軍團，是來自於阿拉伯穆斯林在波斯及中亞一帶所建立的大食國，相對於唐安西軍來說，是本土作戰，不存

在補給的問題，再加上唐安西軍的盛名遠揚，呼羅珊軍團不敢怠慢，準備的更加充分。

在攻滅石國的時候，高仙芝假意接受石國國王的投降，卻在入城之後違背諾言突然襲擊，大肆屠殺城中老少，掠奪財產。並把石國國王押送回長安斬首立威。這一行為，在當時來說，看似是很漲士氣的一種做法，一定程度上起到了震懾西域諸國的作用。不過卻深深的埋下了更大的隱患，表面上看來大家都很服從，其實背地裡人心惶惶，總怕高仙芝又不信守諾言，自己的國家會步石國的後塵。

由於唐安西軍團實際只有約2萬多人的兵力，所以這次遠征，很大程度上還是倚靠西域諸國所派遣的僕從軍協助。按唐軍的一貫作戰風格，步兵居中，騎兵在外圍遊走，弓箭手等遠端兵力在步兵方陣之後伺機待發。此戰當中，唐軍最強的陌刀隊在中壓陣，葛祿羅等遊牧民族的騎兵在外遊走，而西域諸國計程車兵則在左右兩翼協防。在這樣的陣容下，唐安西軍與呼羅珊軍團鏖戰5天5夜不分勝負。此時，呼羅珊派人遊說葛祿羅首領，因為有石國的前車之鑑，葛祿羅首領很是害怕高仙芝要是勝利了以後，會不會也把自己的領土吞併，於是決定反戈一擊，利用騎兵從側翼衝擊唐軍主陣地，呼羅珊軍團也趁機大舉壓上。打了高仙芝一個措手不及。

此戰之後，2萬餘唐安西軍僅剩數千人，西域聯軍也被呼羅珊軍團所擊敗。不過，這場戰鬥並沒有真正影響到唐安西都護府與中亞大食王朝的邊境線。高仙芝在此戰中倖存，並吸收了之前輕敵與言而無信的教訓，經過數年的經營，重新在西域一帶建立了強盛的安西軍，直至安史之亂後受調回援，才逐步的放棄了西域地區。

在怛羅斯一戰，唐軍失敗的原因主要有三個，一是輕敵等情緒導致的自身準備不足，二是之前的一些錯誤政策所埋下的隱患，三是沒有很好的兵種配合來發揮自身軍力的長處。唐軍在人數上一直都屬於吃虧的狀態，不過如果加上盟友的軍隊的話，大體上也能和對手呼羅珊軍隊持平，但是戰鬥力並不一樣。加上此戰並沒有對唐朝在西域的發展造成實質的影響，整體上不影響唐軍在中亞地區所形成的威名。