中国造纸术传播的一个说法是中土的造纸术一直被认为是因怛罗斯战役传到中亚，后来更传到欧洲。匈牙利学者亚诺什·哈尔马塔推断，在前1世纪造纸术发明，在105年蔡伦改进造纸术后的一个世纪，锡尔河和阿姆河之间的索格狄亚那就已经用纸通信了；到了3世纪，纸张已传入美索不达米亚地区。李约瑟指出早在650年纸张就已经传入中亚的撒马尔罕。美国纸史专家达得·亨特指出到了707年纸张已在阿拉伯半岛麦加被阿拉伯人使用。
对中亚的影响战后唐朝在中亚的扩张唐朝在葱岭以西的势力有两次高峰期；第一次在唐灭东、西突厥之战之后的唐高宗时期，唐朝分别派遣董寄生、王名远出使以康国唯首的昭武九姓以及吐火罗国地区，巡视葱岭以西，在于阗以西、波斯以东16国，设置都督府、州、县、军府，并在吐火罗斯坦（今阿富汗北部）立石碑记述此事；第二次在唐玄宗时期，唐朝对吐蕃的战争取得了全面胜利，在西域的势力也达到了极盛。
天宝末年，唐王朝仍在中亚继续扩张；753年，封常清破大勃律至菩萨劳城，据岑参的《献封大夫破播仙凯歌六首》，754年又率军破播仙：
十二载，封常清代仙芝，讨大勃律，师次贺萨劳城，战而胜。常清逐之，秀实进曰：“贼兵羸，饵我也，请备左右，搜其山林。”遂歼其伏。
——刘昫等，《旧唐书·卷一百二十八·段秀实传》
封常清讨大勃律，次贺萨劳城，与虏战，胜之。常清逐北，秀实曰：“贼出羸师，饵我也，请大索。”悉得其廋伏，虏师唧。
——欧阳修等，《新唐书·卷一百六十六·段秀实传》
是岁，安西节度使封常清击大勃律，至菩萨劳城，前锋屡捷，常清乘胜逐之。斥候府果毅段秀实谏曰：“虏兵羸而屡北，诱我也；请搜左右山林。”常清从之，果获伏兵，遂大破之，受降而还。
——司马光，《资治通鉴·二百十六》
战后唐朝对中亚的影响力尽管怛罗斯战役战败，唐朝在西域仍旧保持相当的势力，以及在西域的影响力并未受到动摇；在怛罗斯战役战后的752年，东曹国王设阿忽、安国副王野解和粟特昭武九姓诸王遣使上表请同心击阿拔斯王朝：
十一载。其王设阿忽与国副王野解及九国王并上表。请同心击黑衣大食。
——王溥，《唐会要·卷九十八·曹国》
十一载，东曹王设阿忽与安王请击黑衣大食。
——欧阳修等，《新唐书·卷二百三十八·西域传》
此外，战后的753年，北庭节度使程千里追击叛逃后又攻击唐朝的同罗酋帅阿布思（李献忠）一直到碛西，“书喻葛禄，令其相应”让在怛逻斯战役中对唐朝军队反戈一击的葛罗禄予以配合，葛罗禄部落逮捕了前来投奔避难的阿布思，连同他的妻子和数千名部下一起交送程千里：
洎天宝初，其酋帅阿布思以万馀帐来降，处之朔方河南之地，给其廪食，每岁仍费缯絮数十万段，其河曲郡县仓廪为之空虚。至十年背叛，劫掠诸姓部落，遂还漠北。寻为回纥所破，党众离散。阿布思后奔葛逻禄，北庭节度程千里购之以献，戮于京师。
——杜佑，《通典·卷一百九十九·边防十五·同罗》
突厥首领阿布思先率众内附，隶朔方军，玄宗赐姓名曰李献忠。李林甫遥领朔方节度，用献忠为副将。后有诏移献忠部落隶幽州，献忠素与禄山有隙，惧不奉诏，乃叛归碛北，数为边患。玄宗愤之，命千里将兵讨之。十二载十一月，千里兵至碛西，以书喻葛禄，令其相应。献忠势穷，归葛禄部。葛禄缚献忠并其妻子及帐下数千人，送之千里，飞表献捷，天子壮之。十三载三月，千里献俘于勤政楼，斩之于朱雀街。
——刘昫等，《旧唐书·卷一百九十四·程千里传》
突厥首领阿布思内附，本隶朔方，赐氏李，名献忠，度属幽州，素与安禄山有怨，内惧，故叛还碛外，数盗边。玄宗患之，诏千里将兵讨捕。千里谕葛逻禄，阴令掎角。献忠果以穷归葛逻禄，缚之，并妻子帐下数千人送千里所，乃献俘勤政楼，诏斩以徇。
——欧阳修等，《新唐书·卷二百十六·程千里传》
据《封葛逻禄叶护顿毗伽金山王制》，唐朝还为此加封葛逻禄叶护顿毗伽为金山王（金山即阿尔泰山）。司马光在《资治通鉴》“天宝十二年”条（753年）记载：
是时中国盛强，自安远门西尽唐境凡万二千里，闾阎相望，桑麻翳野，天下称富庶者无如陇右。翰每遣使入奏，常乘白橐驼，日驰五百里。
——司马光，《资治通鉴·二百十六》
756至757年间，参与怛罗斯战役又被唐军斩杀的拔汗那盟军、以及参战方阿拔斯王朝与吐火罗等西域九国还应唐肃宗之邀至凉州、鄯州，派兵助唐朝镇压安史之乱。
干元元年七月。与西域九国遣兵助国讨逆。肃宗令赴朔方行营。
——王溥，《唐会要·卷九十九·吐火罗国》
至德初遣使朝贡，代宗时为元帅，亦用其国兵以收两都。
——王溥，《唐会要·卷一百·大食国》
秋七月辛未朔，吐火罗叶护乌利多并九国首领来朝，助国讨贼，上令赴朔方行营。
——刘昫等，《旧唐书·卷十·肃宗本纪》
乾元初，与西域九国发兵为天子讨贼，肃宗诏隶朔方行营。
——欧阳修等，《新唐书·卷二百三十八·西域传·吐火罗》
又发拔汗那兵，且使转谕城郭诸国，许以厚赏，使从安西兵入援。
——司马光，《资治通鉴·卷二百十八》
上闻安西、北庭及拔汗那、大食诸国兵至凉、鄯。
——司马光，《资治通鉴·卷二百十九》
拔汗那位于葱岭以西最靠东边的西域国，是唐朝在中亚“事唐最谨”的藩国。
安史之乱与西域、怛罗斯战役的关系法国学者雷纳·格鲁塞指出如果在天宝后期没有发生内乱和革命的话，唐朝在此战所遭受到的灾难是有可能会得到恢复的。然而随后爆发的内战（安史之乱）却使唐朝永远的失去了这个机会。
中国学者王小甫认为唐朝与阿拔斯王朝关系并未受到怛罗斯战役的显著影响；唐代西域政治关系史的真正转折点是在安史之乱爆发的755年。而且，直到怛罗斯战役以前倭马亚王朝都没有越过纳伦河进行征服，石国是唐朝藩属，突骑施黄、黑二姓自739年唐平苏禄即均落入唐朝掌握之中，只有羯师是吐蕃盟友。
对中亚的伊斯兰化粟特与拜火教怛罗斯战役后，中亚大部分地区并没迅速的转化为伊斯兰教区，不过一直到公元10世纪的萨曼王朝时期，伊斯兰教才逐渐成为河中地区主要信奉的宗教。
虽然阿拉伯人在锡尔河与阿姆河之间的中亚河中地区的建制很早，但阿拉伯人对当地人（主要是粟特人）仍非常不信任，主要是他们并非伊斯兰教徒。初期的时候为了增加税收，没有要求人们改信伊斯兰教，到了屈底波（卒于715年）时期，开始以许免税引诱和强迫人们改教。
回鹘与摩尼教、汉传佛教在安西都护府，即唐安西四镇所在，即使在安史之乱后，唐朝在往后的三十六年中陆续丧失了安西四镇，当地也没有因此转化为伊斯兰区，回鹘及后起的几个突厥政权（样磨、钟云国）一直扮演了汉传佛教的守护者，一度代表了汉传佛教势力抵抗伊斯兰教。回鹘本信奉摩尼教，摩尼教于武周延载元年（694年）传入中土，763年传入蒙古回鹘汗国，迅速发展成为国教，其影响渗透到汗国社会、经济、外交及文化的各个方面。直至840年，回鹘汗国被之前隶属的黠嘎斯反叛而崩溃，王室部众西迁至高昌回鹘，龟兹回鹘，葱岭回鹘、及甘州回鹘一带，由于受到当地盛行的汉传佛教的影响，大批民众多改信佛教。
唐代的安西都护府是汉传佛教的一大中心，已有了近700年的汉传佛教发展历史，僧徒众多、香火旺盛。这些都为后来回鹘佛教的形成与发展奠定了坚实的基础，从今天所能见到的回鹘文佛经、回鹘佛教石窟艺术诸因素来看，汉传佛教对回鹘佛教影响最大。虽然吐蕃曾于赤松德赞时期在塔里木盆地统治一段时间，但藏传佛教在塔里木盆地的影响仍不及汉传佛教。直到大蒙古国（元）时代，由于蒙古人崇敬喇嘛，藏传佛教才在新疆得到发展，但汉文佛典被翻译为回鹘文的数量仍最多，大约81部41种佛经。其次才是从藏文翻译过来的佛经，至少有16部。
兴起于锡尔河三角洲的乌古斯人阿弗剌昔牙卜家族后裔的喀喇汗国统治者萨图克在934年改信伊斯兰教，伊斯兰教才在塔里木盆地西部得到了发展，但是在高昌回鹘与哈密仍信奉佛教；塔里木盆地境内一直到14世纪末才完成全盘伊斯兰化。此时距怛罗斯战役已有700年，而唐朝也于907年灭亡。
对唐朝与阿拔斯王朝的关系在怛罗斯战役后，唐朝与阿拔斯王朝（黑衣大食）之间通常关系，并未见受到此战的显著影响，阿拔斯王朝在对华关系方面上与前朝没有什么改变。以下为怛罗斯之战后中的47年，阿拔斯王朝使臣来华的17次记录，自战后的6年，每年均有阿拔斯王朝使臣来朝，仅753年就来了4次，见于《册府元龟》记载者有：
752年至798年阿拔斯王朝使臣来华记载年献物752年12月7日黑衣大食谢多诃密遣使来朝，授左金各卫员外大将军，放还番。753年3月黑衣大食遣使献方物。753年4月黑衣大食遣使来朝。753年7月12日黑衣大食遣大酋望25人来朝，并授中郎将，赐紫袍金带鱼袋。753年12月黑衣遣使就马30匹。754年4月黑衣大食遣使来朝。755年7月黑衣遣使贡献。756年7月黑衣大食遣大酋望25人来朝。757年大食国遣使朝贡。758年5月1日回纥使多乙亥阿波80人，黑衣大食酋长闹文等6人，并朝见，至阁门争长。通事舍人乃分左右。从东西门并入。760年12月宴白衣婆节使等18人于延英殿会。762年5月30日黑衣大食遣使朝见。769年1月黑衣大食遣使朝贡。772年12月大食遣使朝贡。774年7月黑衣大食遣使来朝。791年1月黑衣大食遣使来朝。798年9月8日以黑衣大食遣含嵯、乌鸡，莎比并为中郎将，防还番。游戏在1999年台湾大宇公司发行的《轩辕剑叁：云和山的彼端》中有关于怛罗斯战役的演绎。此段故事描述一位中原高僧“慧彦”在战争中击杀数百黑衣大食（阿拉伯）士兵，令大唐军队得以安全撤离，但慧彦大师却在此战中力竭而亡。
