安西都护府和北庭都护府是唐朝政府设在西域的最高军政机构，设有大都护等官吏，对西域地区进行有效管辖。其中安西都护府官衙在龟玆境内，管辖塔里木盆地4个都督府和河中地区16个都督府；北庭都护府官衙设在庭州，具体管辖天山以北、里海以东草原地区游牧民族，下面设立昆陵和蒙池两个都护府，管辖着23个都督府。
在都护府下分军事和行政两大系统。唐朝的军队隶属于各军、守捉、城、镇、烽、燧等，肩负守边与屯田两大任务。各羁縻都督府、州的武装属于唐朝军队的一部分，平时镇守封疆，维持当地社会秩序，战时听从安西、北庭两都护的调遣。
实行两种不同的行政管理制度：在东疆地区汉民族比较集中的地方实行州、县制（伊州、西州、庭州）两级行政管理；政治、经济、军事和文化与中原实行了一体化；在其他地区实行羁縻府州制。
在设臵羁縻府、州的地区进行羁縻统治，任命当地民族官员担任各都督府州的行政长官，官职实行世袭制和终身制，各羁縻都督府需要定期向都护府交纳一定的财物。