公元439年，北魏灭北凉。北凉沮渠氏逃亡罗布泊一带。公元442年，北凉残部卷土重来，在沮渠无讳的率领下再度攻占高昌，驱除高昌郡太守，都城高昌重又升起北凉王朝的旗帜。次年立国，号凉王。为了在高昌立稳脚跟，扩大地盘，沮渠氏高昌凉王开始西攻车师前国，并趁天灾之机于450年攻破交河城，车师前国兵败而亡。10年后的460年(北魏和平元年)，沮渠氏又被柔然贵族大军攻灭，册封阚伯周为高昌王，国都在高昌城，从此吐鲁番地区进入高昌王国时期。
高昌王国先后经历了阚氏、张氏、马氏、胡氏的统治，高昌国王的宝座，轮番易主。麴氏立国最久，麴胡嘉至麴文泰，统治长达140年。其间高昌城多次整修、补建，气势更加宏伟，成为名副其实的西域名城和政治中心。但到麴氏王国晚期，麴文泰却勾结西突厥贵族，阻隔西域与中原的交通，公然与唐王朝为敌。所以，唐太宗派遣吏部尚书侯君集，于贞观十四年(640)率师数万攻灭高昌王国，以其地改设西州。
北魏太平真君三年(442)，沮渠无讳攻破高昌，自称大凉王。
北魏太平真君十一年(450)，沮渠安周联合柔然破车师，车师前王车伊洛等后举家迁魏都，车师前国亡。
北魏和平元年(460)，柔然灭高昌，灭大凉，立阚伯周为高昌王，自此，吐鲁番盆地进入以汉文化为主体的高昌王国时期。
北魏太和十五年(491)，至太和二十三年(499)，高昌先后立张孟明、马儒、麴嘉为王。麴氏高昌王国先后依附柔然、高车、突厥，臣服于北魏、西魏。
隋开皇元年(581)，隋王朝与西域诸国包括高昌王国建立了亲密关系。
唐武德元年(618)，唐王朝建立，第二年高昌王国入贡唐朝。
唐贞观元年(632)，高昌结好西突厥，与唐朝为敌。唐贞观十四年(640)，唐灭高昌，在高昌王城设置了西州。