回纥汗国末期，大草原连续数年发生自然灾害，牲畜大量死亡。同时，可汗与贵族大臣们发生内讧，彼此杀戮，回纥汗国日渐衰落。回纥西北部的黠戛斯人于是趁机来犯，经过二十多年的战争，终于在公元840年，回纥可汗被杀，部众逃散，显赫一时的回纥汗国正式瓦解灭亡。回纥汗国瓦解后，除一部分迁到塞内中原地区外，其余分三支西迁，形成了后来的甘州回鹘、高昌回鹘和喀喇汗王朝。

甘州回鹘

公元840年回纥汗国瓦解后，其中一支回鹘人从漠北草原向南迁移，再沿着弱水（今内蒙古额济纳旗中的额济纳河）进入了河西走廊，他们被称为“河西回鹘”。“河西回鹘”中以分布在甘州（今甘肃张掖地区）的一支最强盛，史书因此又统称河西走廊上的回鹘人为“甘州回鹘”。

甘州回鹘最初是依附吐蕃，不久又依附“归义军”节度使张议潮。公元八世纪后期，回鹘人攻占甘州，以此为中心建立甘州回鹘政权。公元九世纪中叶，统治河西的吐蕃政权崩溃，甘州回鹘乘机控制了河西走廊。甘州回鹘政权是一个由区内多个民族、部落组成的松散联合政权，各部族承认甘州回鹘可汗（姓药逻葛氏）的宗主地位，但内部事务大多还是自主的。甘州回鹘统辖的范围包括整个河西走廊，以及走廊北侧的荒原和半沙漠地带，即今内蒙古的阿拉善旗和额济纳旗等地。1028年，西夏军攻破甘州城，甘州回鹘政权就此瓦解。但他们的后裔，却逐渐发展成今天的裕固族。

高昌回鹘

高昌回鹘又称“西州回鹘”、“和州回鹘”或“阿斯兰回鹘”。在公元九世纪五十年代，一支西迁的回鹘人在北庭一带相继击败了吐蕃、黠戛斯军队，收复了西州（今吐鲁番地区）、轮台（今新疆米泉）、清镇（今新疆玛纳斯）等地，建立了高昌回鹘政权。其疆域南北跨吐鲁番、塔里木和准噶尔三个盆地，东西从今哈密至阿克苏，都城设在高昌城（故址在今吐鲁番哈拉和卓堡西南）。城中佛寺众多，是当时西域政治、经济、文化的中心。高昌回鹘境内除回鹘人外，还有汉人、突厥人、葛逻禄人、样磨人及格多人（吐蕃的一支）等族部。经济以农业为主，畜牧业、手工业、园艺业为副。

1130年，辽朝皇族耶律大石在辽朝灭亡前夕，率军西行，借道高昌回鹘，受到国王毕勒哥的款待。耶律大石不久建立西辽（其范围包括今中亚、新疆广大地区）政权，高昌回鹘为其属国。1209年，蒙古的成吉思汗发动西征，高昌回鹘便归附蒙古。元朝时改译为畏兀儿国。元末明初，高昌回鹘被察合台汗国吞并而灭亡。

喀喇汗王朝

西迁回鹘中的一支迁到中亚七河流域，与先前在这里的回鹘人、葛逻禄人、样磨人建立了联合政权。因该政权的最高统治者往往带有“喀喇汗”（意即“大汗”）的称号，故此这个政权被称为喀喇汗王朝。第一任可汗为卡迪尔汗，定都巴拉沙衮（今吉尔吉斯斯坦境内）。公元960－1041年，为该王朝的鼎盛时期，疆域北到巴尔喀什湖，西抵阿姆河，东到伊犁河，南达喀什、和田。十一世纪中叶，喀喇汗朝分裂为东、西两部，西部艾萨克玛尔罕为首都，东部以喀什为首都。1134年，耶律大石进军中亚，建立西辽政权。喀喇汗王朝东西两部分别成为西辽的附庸。1211年，东部喀喇汗王朝灭亡；1212年西部政权被花剌子模所灭。喀喇汗王朝前后长达372年，与中原内地王朝保持着密切联系。