1933年8月盛世才被南京国民政府任命为新疆边防督办，设“新疆边防督办公署”（名为总办公厅），新疆边防督办公署为新疆最高军事机关，内部组织与内地各军事机构无异。督办以下有参谋长、秘书长，组织指挥总办公厅的工作。总办公厅设顾问室、洛议室、参议室，名额均不定；还设政治处、参谋处、军法处、交通处户运输处、军医处、工程处、副官处和机要室等，各处有处长、处员。督办公署聘有苏联军事顾问。
盛世才自1934年彻底控制新疆之后，对于新疆的军队仿照苏军编制进行点编。经过点编的新疆省军大致在2万～3万人之间；点编后师旅级建制取消，均以团为建制单位，且大部分归盛世才直接指挥，不算公署卫队团和特种作战单位，如航空大队、装甲大队、炮兵大队、工兵大队等（当时这些兵种属于技术含量高的非常规兵种），真真真假假地授予了40多个“团级”建制的步兵团和骑兵团番号（也可能是40多个团级建制步兵团和骑兵团的番号被使用过）。后来除盛世才胞弟盛世骐所统帅之督署卫队团后扩编为机械化混编旅（师）及1941年前后阿山剿匪时编组的“陆军第一师”外，所有部队一直维持着"团级"的零散建制，反倒与杨增新统治时期新疆军队以营、连为主要建制单位有类似之处。这种零散的"团级"建制有利于盛世才对各地军事力量的分散和削弱，通过分散地方军事实力而加强省府的控制力。这一状况十分耐人寻味。
1942年9月，盛世才被蒋介石任命为第八战区副司令长官。第二年十月，盛世才按国民政府军委会1939年编制表进行整编，将原新疆省军序列部队纳入第八战区体系当中，使用中央统一番号。整编后，盛世才控制和指挥驻新疆的第八战区直属第128师、暂编第3师、骑兵第11师、骑兵第12师、新编骑兵第1师、新编骑兵第2师计有6个师及公署卫队团、炮兵团、战车大队、2个保安团、1个新兵团；除以上部队外，还各地保安大队及边卡大队等，全疆共有官兵28163名。
1944年9月，盛世才调离新疆去重庆赴任后，新疆边防督办公署裁撤，所有驻新各部队军令、军政事宜归国民政府军委会负责筹划。新疆旧部队经过调整和整训，到1945年3月原省军序列部队全部改造成为中央化部队。裁汏编余官兵有的安排在各地政府部门，有的受训后充实到各地警察系统，有的由屯垦委员会分配各地屯垦，有的则在拨领安置费后遣散成为普通平民。1946年4月新疆警备司令部正式成立，驻防新疆的所有作战部队全部编入新疆警备司令部序列。
国民革命军第128师 1943年10月，由新疆陆军第1师（原骑兵10团、12团、教导团和炮兵团、战车大队各一部合编）在迪化改称，隶属第8战区司令长官部。1946年上半年编入第42军。1947年初整编为旅，改辖两团。1949年9月25日，该旅在新疆起义。12月改编为中国人民解放军第9军第27师一部。
历任师长（整编旅旅长）：
柳正欣，黑龙江呼兰人，后任新疆保安司令部副参谋长。
罗恕人
钟祖荫，江西修水人，黄埔军校第三期步科毕业生，他在新疆期间参与新疆军方和政府和平起义的计划，并在起义通电上签名。
陈俊伟
国民革命军暂编第3师 1943年10月10日，新疆督办公署卫队团，骑兵2团／31团在新疆迪化成立，隶属第8战区司令长官部。1945年7月番号裁撤。
历任师长：
汤执权
蒋汉城，甘肃定西人，后任甘肃军管区司令等职，1949年12月初率部8720余人宣布起义，为陇南和平解放贡献了力量。
国民革命军骑兵第11师 1943年10月10日，新疆省防军骑兵1团／21团在新疆奇台成立。1945年8月，该师番号销。
历任师长：
吴熙志
向超中
宛凌云
国民革命军骑兵第12师 1943年10月10日，新疆省防军骑兵40团／48团在新疆喀什成立，驻喀什、疏勒。1946年上半年改隶第42军。8月与新编骑兵第1师、新编骑兵第2师合编为整编骑兵第4、整编骑兵第9旅。
历任师长：
张希良
国民革命军新编骑兵第1师 1944年1月，新疆省防军骑兵16团／20团扩编成立，师部驻新疆伊宁。抗战胜利后进驻乌苏。1945年11月驻绥来。1946年8月与骑兵第12师、新编骑兵第2师合编为整编骑兵第4旅、整编骑兵第9旅。
历任师长：
崔颖春，辽宁抚顺人。
蒋德玉，辽宁辽阳人，后参与策划盛世才岳父家灭门血案，1949年8月在兰州被国民党当局军法处决。
国民革命军新编骑兵第2师 1944年初，新疆省防军骑兵38团／46团扩编成立，驻新疆库车、焉。1946年8月与骑兵第12师、新编骑兵第1师合编为整编骑兵第4旅、整编骑兵第9旅。
历任师长：
宛凌云
张凤仪
向超中
