战役经过：
史载战斗持续了五日。初期战斗唐王朝的精锐步兵占上风，但是兵力悬殊战争变成僵局，其间大唐联军的葛逻禄部见势不妙，倒向大食。唐军步兵因此与唐军主力失去联络。阿拔斯王朝联军乘唐军士兵发生暂时混乱的机会，出动重骑兵主力对唐朝步兵猛攻。高仙芝受到大食与葛逻禄部两面夹击，无力支撑而溃不成军。势危之时，副将李嗣业劝高仙芝弃军逃跑，于是高仙芝、副将李嗣业和别将段秀实收拢残部向安西逃遁，途中恰逢大唐联军的拔汗那兵也溃逃至此，兵马车辆拥挤堵塞道路。李嗣业惟恐大食追兵将及，杀死百余名拔汗那军士才得以率先通过。别将段秀实责备李嗣业说：“惮敌而奔，非勇也；免己陷众，非仁也。”李嗣业甚感惭愧。最后高仙芝等和数千名唐兵逃至安西。此役以大食军完胜奔袭问罪的大唐联军为结局，大唐联军三万余士卒近乎全没，只有少数逃脱。

战役影响：
尽管怛罗斯战役战败，唐帝国的整体实力，以及在西域的影响力并未受到动摇；战后，唐王朝仍在中亚继续扩张；753年，封常清攻占大勃律菩萨劳城，而于755年达到了西域经略的鼎盛；从长安安远门西行至唐境西陲是1.2万里，陇右作为东西交流的咽喉要地，成为唐朝最为富庶的地方。
但接踵而至的安史之乱和藩镇割据导致唐朝无力经营西域，并自此退出对中亚霸权的争夺。原本臣服于唐朝的中亚诸国转而臣服于阿拔斯王朝和吐蕃王朝，对伊斯兰教在中亚的传播起了作用。尽管阿拔斯王朝取得了怛罗斯战役的胜利，但是慑与唐朝军队在战斗中所展示惊人的战斗力，阿拔斯王朝也打消东进扩展领土的打算，阿拔斯王朝默许了葛罗禄在阿姆河与锡尔河流域附近的扩张。他们自立了一国家，并一直维持至九世纪末，后来建立黑汗王朝的入侵者消灭。


两国的关系：
在怛罗斯战役后，唐朝与阿拔斯王朝（黑衣大食）之间的关系，并未受到此战的显著影响，阿拔斯在对唐关系方面上与前朝没有什么改变。怛罗斯之战后的47年中，阿拔斯使臣共17次来朝。其中自战后的6年，每年均有阿拔斯使臣来朝，仅753年就来了4次。
北宋《册府元龟》751年后阿拔斯使臣来华记载:
752年12月7日 黑衣大食谢多诃密遣使来朝，
授左金各卫员外大将军，放还番。
753年3月 黑衣大食遣使献方物。
753年4月 黑衣大食遣使来朝。
753年7月12日 黑衣大食遣大酋望25人来朝，
并授中郎将，赐紫袍金带鱼袋。
753年12月 黑衣遣使就马30匹。
754年4月 黑衣大食遗使来朝。
755年7月 黑衣遣使贡献。
756年7月 黑衣大食遣大酋望25人来朝。
757年 大食国遣使朝贡。
758年5月1日 回纥使多乙亥阿波80人，
黑衣大食酋长闹文等6人，
并朝见，至阁门争长。
通事舍人乃分左右。
从东西门并入。
760年12月 宴白衣婆节使等18人于延英殿会。
762年5月30日 黑衣大食遣使朝见。
769年1月 黑衣大食遣使朝贡。
772年12月 大食遣使朝贡。
774年7月 黑夜大食遣使来朝。
791年1月 黑衣大食遣使来朝。
798年9月8日 以黑衣大食遣含嵯、乌鸡，
莎比并为中郎将，防还番。