漢代在正式的郡國政區之外，還有一個相當特別的行政區，即西域都護府。西域都護俸祿爲比二千石，近似郡太守的級別，都護府地位相當於郡，但所轄不是縣，而是以軍事監護的方式管理天山南北綠洲上的50個左右的小國。
這些小國大致分爲兩類，一類是行國，即隨水草遊牧，另一類是居國，建立城郭在綠洲之上，從事農耕生產。西域諸國在漢武帝之前爲匈奴的藩屬，經過武、昭、宣三代的經營，才於公元前60年設立西域都護府，將這些小國置於軍事監護之下。這是中原王朝領有西域版圖的第一步。西域都護並不干預各國原有的制度和生產生活方式，只要求他們效忠漢王朝而已。
在西域設置都護府的形式從漢代一直延續到唐代(中間一度改爲長史府)，但其間若斷若續。唐朝前期國力鼎盛。在天山南北分設安西大都護府和北庭都護府。這時的北庭都護府以下轄縣，與內地正式的州縣無別。但天山南路的安西大都護府仍以軍事監護形式，管理少數族諸國。
唐代不但在西域設置都護府，還把這種制度推廣到東、北、南、西各個方向的邊境地區：在遼東的朝鮮設立安東都護府，在北邊建立單于、安北大都護府，在越南北部建安南中都護府，在西南設保寧都護府。其中單于、安北和安南三個都護府也都統縣，與正州沒有什麼差別。安東都護府初設在平壤，只起監護作用。因爲唐廷平定高麗國所置的都督府和州縣，概用當地首領爲都督、刺史和縣令，統治並不深入，不上十年，因當地民族的反抗，安東都護府內撤至遼東，再徙於遼西，安史之亂後罷廢。保寧都護府唐朝中期才建，管理西藏雲南地區少數民族，但只起羈縻作用而已。
因此唐代都護府名稱雖一，而實質各異，大抵在漢化程度較深地方，都護府已是正式政區，其次則保留監護性質，對所轄少數民族仍以故俗治理，第三種大抵只是掛名而已，沒有真正的管理效能。在東、南、西南三個方向，唐代疆域都不如漢，但在西域地區唐代的版圖卻超過漢，並比漢代的統治更爲深入，這不單是唐代國力鼎盛的緣故，也是十六國時期以來長時間經營的結果。公元四世紀中期，前涼已在今新疆吐魯番設置高昌郡，隋代又在哈密設伊吾郡。唐代改這兩郡爲西、伊二州，然後更向西北建立庭州，北庭都護府實際上就是庭州的後身，其所轄四縣之一的輪臺縣，就是今天的烏魯木齊市。
