北疆稳固局面真正的转机在于北庭都护府的设立。武则天执政期间，随着突骑施的兴起、东突厥汗国的西征、吐蕃威胁的持续存在，西域形势堪忧。公元692年，王孝杰收复四镇后，唐朝以3万精兵镇守四镇，大大加强了唐朝在西域的军事力量。公元702年，庭州升级为北庭都护府，置烛龙军。公元703年烛龙军改为瀚海军，常备守军1.2万人、马4.2千匹。后又增伊吾军和天山军，总兵力达2万人、马5千余匹。由于确立了都护府的地位，完善了府州、镇、守捉、戍、堡、烽、铺和馆驿为一体的军镇系统，特别是增加了军队的力量，唐朝终于比较稳定地控制了天山以北的游牧势力，减弱了草原力量和吐蕃的联系，从而有效保障了天山以南地区的安稳。相继设立的北庭都护（大都护）、伊西北庭节度使，先后统管伊州、西州和天山以北、阿尔泰山以南、咸海以西的广大地区，最终发展成为天山北麓的政治、军事和文化中心。

唐代西域安西和北庭为核心的军政体系示意图郭物提供/光明图片

北庭故城内外两重城就是这个建制变革和扩容的体现。通过观察可见，现在的内城就是唐太宗时期首建的庭州城。包含内城的外城墙是武则天时期设立北庭都护府时扩建而成。中国社会科学院考古研究所近年来对内城北门、西门及外城南门、北门的相关考古发掘也能证明，内城的确是最早修筑的庭州城，而外城应当是后期为了安置瀚海军而扩建。庭州城和扩建的外城加起来成为北庭城，位于庭州城内东北部的子城一直是核心区，庭州刺史、北庭都护和节度使先后在此办公和居住。这个大格局经宋辽、蒙元时期的高昌回鹘王国沿用，一直持续到元末明初，城市才在战乱中被彻底毁废。