唐代北庭伊、西、庭三州诸县及碎叶镇的相继创立，不仅地面佛寺大批兴建，佛教教理学有了长足的进步，石窟寺的开凿也遍及深山幽谷，汉传佛教出现了高度繁荣的局面。
北庭三州中，西州是汉人最为集中的地区，《西州图经》中记载了西州佛寺兴隆的盛况：柳中县北山约二十五里的一座丁形山谷中建有丁谷寺，寺中还包括禅院；前庭县，即高昌县山北约二十二里的山谷中建有西州最大的寺院宁戎窟寺，有古塔五座。在西州子城之外的东北角，有一处古老的佛塔，相传为印度护法名君阿育王所建，当然这个传说很少有可信性，但塔中确实存在梵文写成的古代碑碣，唐代俗称圣人塔。丁谷寺即今吐峪沟千佛洞，宁戎寺即今木头沟之柏孜克里克千佛洞，前者乃高昌郡时期所建，后北凉时期为其国寺；后者则乃麴氏王朝的国寺，两寺并为唐西州朝佛圣地，而以后者发展最大，因为前者地在柳中，距州治较远，而后者较近，自然有所偏颇。参稽吐鲁番出土文书已知寺名不下数十个，其中既有以姓氏命名的家办小寺，如牛寺、张寺、冯寺等，又有规模可观的大寺，如弘宝寺、普和寺、树支寺、万寿寺、玄觉寺、崇宝寺、崇福寺、观音寺、西窟寺等，每座寺院都拥有自己的寺田，包括农田、菜田、葡萄园，有的还开有质铺，放高利贷，寺中僧众成群，奴婢众多，僧侣内部也教阶森严，有寺主、上座、维那、僧众之别，根据阿斯塔那出土的一件官牒反映，仅高昌一县就有僧众141人，尼姑32人，仅此一斑，足窥全州。至于佛寺的总数，宋朝使臣王延德使高昌曾记载，计有佛寺五十余座，都有唐朝所赐匾额，足见其盛况。直到西州沦陷前夕，主管伊、西、庭三州的北庭大都护杨袭古还大兴土木，营造廊、窟等佛教建筑。
唐代西州佛教较之高昌国不仅在于佛寺的增多，而且在于教理学的发展和进步。高昌佛教虽号称发达，但从流行的经、论而言，如《金光明经》、《贤愚经》、《七女经》等大都以说故事的形式，宣扬佛教教义，相当肤浅，而入唐以后，则更重理论的提高和创新。汉传佛教主要是大乘教派，但此一教派中复又分为空、有、密三宗，至唐此三宗经典都已齐备。大乘空宗源于印度龙树，其重要经典为《大智度论》，吐鲁番文书证实西州一座寺院中明确规定低级僧侣须通读《法华》，而高级僧侣则必须通读《大智度论》。大乘有宗一作瑜珈行派，源出印度无著、世亲，玄奘西行就是为了寻求此派经典，其代表经典为《唯识论》，由之形成了唯识宗，或称法相宗。此派经典也已在唐西州墓中发现。密宗的崛起反映为观世音崇拜的盛行与千佛的崇拜，严格说来，密宗已超脱小乘、大乘分野之外，另为一大门庭。越到后来，此派的信徒越多。对此，唐西州已同内地完全一样了。寺名可考者还有崖尔湖石窟群，古名西谷寺，已见于窟中汉文榜题。此外参稽《吐鲁番出土文书》，已知西州寺名已不下数十个，其中包括以姓命名的小寺，以及拥有众多僧众的大寺。前者如张寺、冯寺、牛寺、阴寺、员寺、史寺、刘寺、樊寺、裴寺、赵里贤寺、王阿勒寺、赵阿忠寺等；后者如弘宝寺、普和寺、树支寺、万寿寺、玄觉寺、崇宝寺、崇福寺、观音寺、西窟寺等。各寺都拥有自身的田产，包括农田、菜田和葡萄园。例如阿斯塔那92号墓出土的寺田亩账中明确记载牛寺有僧揽田九半、桃（按：即葡萄园）一半。小寺尚且如此，大寺僧徒众多，奴婢成群，还设有质库，发放高利贷，其田产之多，自毋庸赘述。阿斯塔那15号墓（唐幢海墓）中出土的一件编号为64TAM15：15（b）文书，由两件残卷拼而成，明确记载了西州高昌县弘宝寺拥有很多的僧众和寺院中严密的等阶制度。内记这座佛寺的上座名惠寂，寺主名法绍，维那名幢海，法师名定寂，普通僧众有昙隆、昙会、惠隆、僧惠、怀哲、延轨、太儒、义相、智相、永庆、道贯、法忍、僧住、深应、峻觉、道祐、定达、弘贯、延明、守彬、法崇佛祐、善愿、宣勖、相住、弘哲、庆说、真衡、相怀、熹光、灵智、戒嵩、海达、智通、海惠、惠润、胜悦、道房、法警、定衡、幢太、善信、明达、园圃等人，这件文书残卷反映出西州佛寺中存在上座、寺主、维那、法师、僧众等严格的教阶区别。①其中上座地位最高，似为德高望重的名誉寺主，次为实掌寺权的寺主，次为维那，“维那”乃梵语悦众的音译，是寺中处理日常杂务的总管，有纠察众僧之责。寺院中还有不少专为僧众服役的奴婢，64TAM15：21号文书残片之二弘宝寺即列有“大小奴六人”，大小婢若干。各寺不但拥有农田、菜田、葡萄田、水磨，还有质铺。阿斯塔那206号墓出土之《唐质库帐历》就隶属于观音寺。
唐代西州佛教取得明显进步的另一重要标志即佛学理论有了明显的提高，高昌国时期佛教虽然隆盛，但诵读的佛典诸如《金光明经》、《贤愚经》、《七女经》等义理都非常肤浅，偏于普及、通俗性质。入唐后又传来了以玄奘为代表的法相宗，高昌僧人释玄觉就是因为学慕法相宗，而追随玄奘，成为其高足弟子之一。大乘空、有、密三大宗派的经典都已大备，已为近年考古发现所证实。例如阿斯塔那44号初唐墓中出土了一件编号为66TAM44：30/14号文书，就是重要大乘空宗经典《法华经》抄本，仅残存四行。自高昌国以迄西州流行的汉传佛教基本上都属大乘，大乘复分空、有二宗，《法华经》属空宗代表之一。
空宗内部也有派系之分，《法华经》主张三乘归于一乘，空、假、中三谛原本一 体圆融，调和佛教内部派别对立，还提倡众生皆可成佛，宣称“此经是诸佛秘要之藏”，后来演变为内地天台宗奉信的主要经典。此经先后共译过六次，今存三种译本，西晋法护所译《正法华经》，后秦鸠摩罗什所译《妙法莲华经》，隋阉那崛多所译《添品妙法莲华经》，共二十八品，《法华》的流行反映了西州大乘空宗的发展。
大乘空宗更为重要的经典乃印度龙树菩萨所著《大智度论》，又作《大智度经论》、《摩诃般若释论》。阿斯塔那193号墓出土的武周证圣元年（695）五月《西州高昌县崇福寺的转经历》①明确反映，该寺的低级僧侣经读《法华经》，其中的优秀者及高级僧侣始可读《大智度论》。该书广征博引，小乘、大乘重要经典，靡所不引，被视为大乘佛学中的百科全书。其基本思想不仅是般若性空，而且还包含了许多启迪密宗发展的观点，因而在佛典中占有崇高的特殊地位。与空宗相对立的另一大乘宗派乃有宗，一作瑜珈行派，代表人物为无著、世亲。其基本主张为“万法唯识，三界唯心”，玄奘西行，即为求得此派经典。阿斯塔那44号初唐墓中也出土了此派经典《唯识论注》，存二片，此书即为世亲的代表作之一，有二汉译本，一作《大乘唯识论》，一名《破色心论》，为瞿昙般若流支译，真谛为《波罗末陀拘那罗陀》作疏，玄奘更译为《二十唯识论》。以此书为代表的大乘有宗同样否定客观世界，但否定中又肯定思维的真实存在和认知能力的确切性，故称唯识。世界不是不可认知，不可描述的“空”，而是意识的显现。此派经书的输入虽在唐兴之前，但北地无传，南朝亦不盛，至玄奘西行求法，始重此书，后来演变为唐朝佛教几大宗派之一的法相宗（又作唯识宗）。而却在上距玄奘不远的永徽、显庆年间已逆传至西州了。可见这一地区在追逐佛教新思潮方面反应相当迅速。
密宗的崛起则反映为观世音信仰的流行，这在唐代西州也可以找到其历史遗痕。观世音崇拜原本孕育于《法华经》中，其中的一卷叫做《观世音菩萨普门品》，后来此品单独流行，称为《观音菩萨经》。观世音为梵文Avalokitesvara的意译，实无其人，完全是后世大乘僧徒虚构出来的菩萨。具有广大神通，“世有危难，称名自归，菩萨观其音声即得解脱也”。这实际上是一种神秘的咒术，这正是密宗的重要特点。前引吐鲁番出土文书中有观音寺名，可见观世音崇拜在西州也已开始盛行。这表明，唐代西州流行的是大乘佛教，而且其三大派别：空宗、有宗、密宗都已齐全。这一特点与同时期的内地佛教信仰完全一致。
大乘佛教同小乘佛教一样，虽然以众生平等为号召，实际上仍存在着严格的教阶制度，有上座、寺主、维那、僧众之别。上座为高僧，寺主主持全寺事务，维那有僧众之意，乃处理日常庶务的总管，至于一般僧众地位又有差异，地位最低者还有为寺院干粗活的佃人和奴婢。究竟西州有多少僧众，尚难统计，然仅据阿斯塔那225号武周墓出土《唐合计僧尼道士女官数帐》反映，仅高昌一县，拥有僧侣已多达141人，尼姑32人，即此 一斑，足窥全州。至于佛寺的数量，唐人虽无正式记载，宋使王延德使高昌却有统计，那里的佛寺多半是唐朝遗留下来的，计有“佛寺五十余区，皆唐朝所赐额 ”。寺内藏有《大藏经》、《唐韵》、《玉篇》、《经音》等书籍和佛经。可见佛教之盛。
伊州地当西域东大门。唐初玄奘途经伊吾，记载当地仍有汉寺，汉僧，说明伊吾城中仍拥有一定数量的汉人。据光启元年写本《沙州、伊州地志残卷》所记伊州纳职县不但有宣风寺、安化寺等两座汉寺，而且还出现了汉传佛教的尼庵，哈密地区近年发现的佛教遗址为数更多，说明伊州的佛寺绝不止这几座。诸如：
甲朗聚龙佛寺：在今哈密市五堡乡四堡村北300米处，白杨河西岸的黄土丘地上，以便道为界分成东西两部。构筑形式由下部的土墩基座和上部土坯建筑组成。路东部分保存较好，基座为长方形，南北长17.3米，东西宽12米，高3米。上部有后二室的佛寺，以甬道相连，四周设回廊。两室均以草泥抹墙，内壁绘有壁画，因剥蚀严重，无法辨识。路西部分损坏严重，基座为方形，边长约9米，高3米，上部建筑仅剩东北角少许残墙。遗物有陶片和一枚唐开元通宝钱币，证实乃唐代佛教寺院。
托玛佛寺：在今哈密市五堡乡四堡村北约5.5公里处，建于白杨河东侧台地上南北排列的四座红色土山丘上，都属土坯结构。其中三座主体结构已不存在，一座保存较好，残墙高3.7米，厚约1米，穹隆顶，高3.5米，为一小型的禅室。内墙壁画已不可辨。也可确定为唐代佛教寺院遗址。
央打克佛寺：在今哈密市五堡乡四堡村北约 1. 3公里处白杨河东岸的平地上，土坯垒砌，由上下两部分组成。下部是东西宽 9.5米、南北长 13米、高近3米的土墩基座，上部是两间南北相连的房屋，墙残高约4米，南间北墙中部有佛龛。建筑形式基本与库木吐鲁佛寺相同。遗物为夹粗砂灰陶片，为唐代伊州的小型佛教寺院遗址。
库木吐鲁佛寺：在今哈密市五堡乡四保村北2公里处，建于白杨河西岸的戈壁滩上，由上下两部分组成，下部夯筑成土墩基座，基座之上为主体建筑。在南北长7.4米、东西宽6.3米、高2.1米的基座上，有南北长3.8米、东西宽3.6米、残高3.9米、上小下大成四棱台状的建筑，门向东开，西壁有两个小佛龛，内壁绘有壁画，已不清。遗物有夹粗砂灰陶片，也属唐代伊州小型寺院遗址。
恰普禅室：在今哈密市五堡乡四堡村北45公里白杨河西岸的台地上，乃一座唐代佛教禅房遗址。土坯构筑，平地起建，为正方形，边长2.9米，高2.2米，墙厚 0.55米。穹顶，内壁以草泥抹墙，白灰粉底，绘满小千佛像。壁画以线描为主，具有高昌回鹘时期的佛教艺术特点。
此外，还有花园乡小南湖村的卡俄尔佛塔、柳树泉农场佛教遗址、五堡乡四堡村的小泉子南佛教遗址、黄田农场的庙尔沟佛教遗址等。这些遗址的精确年代虽然仍须进一步研究，其中始建于唐代者已不在少数，可见伊州佛教的兴隆。
北庭不像西州、伊州，有幸保存下来记录本州的地志残卷，西州有《西州图经》，伊州有《伊州地志残卷》，对本州境内的佛寺分布及数量都有详细的记载，但其重要寺名，仍然在有关文献中保存下来。《悟空行纪》中留有龙兴寺名，宋使《王延德行纪》中留有高台、应运大宁两座寺名，邱处机《长春真人西游记》中留有龙兴、西寺两座寺名。其中西寺属北庭回鹘时期所建，排除之外，余为三座佛寺，应运大宁寺、龙兴寺、高台寺，再排除了距北庭古城较远的高台寺，北庭城内外犹有应运大宁、龙兴二寺。它们是同一座寺院，还是两座不同的寺院呢？根据邱处机龙兴、西寺二寺名并提，而西寺建在城外，龙兴寺似乎应当是建在庭州东城外的佛寺，始可与西寺相对应，可见应运大宁寺同龙兴寺并不是同一座寺院。
唐僧自天竺取经东归，据《戒法传》记载：龙兴寺唐代就已存在，寺主戒法，本名尸罗达摩。唐贞元年间，悟空回到北庭，北庭节度使杨袭古和龙兴寺僧共同延请戒法主持翻译，戒法亲自朗读梵文，初步意译，大震笔录，法超润色文字，善信核对文义，悟空核对梵文。又翻译了《回向轮经》，译终缮毕，时值贞元五年，悟空携汉译本东归，梵文原本就寄藏于龙兴寺，《悟空入竺记》对此也有记载。应运大宁寺乃《西州行程记》中寺名。其时宋使王延德已至北庭，所记谒见高昌王、泛舟湖中，访问应运大宁寺等活动似乎都未离开北庭，所泛舟之湖，就是今天仍傍依北庭城的芦苇泊，以此判断，应运大宁寺就建在北庭城中，同龙兴、西寺等城外佛寺有所不同。早在清代中期，纪晓岚在北庭城中就已发现了一座佛寺，“寺已圮，尽石佛，自腰以下陷入土，犹高七八尺。铁钟一，高出人头。四围皆有铭，锈涩模糊，一字不可辨识，唯刮视字棱，相其波磔，似是八分书耳。”所出寺中铁钟，高过人头，足见寺院规模不小，且一直延续到北庭回鹘时期。这座城中圮寺，是否就是作为回鹘中心国寺的应运大宁寺遗址？吉木萨尔文管所还藏有佛像二尊，汉风色彩很强。据云都是在县城中征集，似为庭州城内出土，很可能也是此寺遗物。时间可以追溯至唐，应早于西大寺的回鹘风出土佛像。城中还出土了玉质挂佛多尊，足以证实确有大寺建于城中，具体地点待考。
此外，据《新疆图志》记载，清代庭州故境还发现了唐代果毅□□基等造像记，残石高一尺四寸，纵裂为三，第一石存六行，行十三字，第二石三行，第三石六行，正书，原出保惠城。清代存于端忠敏公家，今佚。
唐西海县建于安史之乱以后，尽管此县的位置，学术界仍有不同见解，但一个题为《唐庭州西海县横管状为七德僧妄理人事》①的文书，已在吐鲁番阿斯塔那510号墓中发现。说明在这个宝历年间新建置的西海县内，也有一座寺院，但这位“妄理人事”的七德僧究竟是佛教徒还是摩尼教徒还很难判断。
碎叶镇先归安西大都护府管辖，北庭大都护府创立之后，移归北庭治下，其故址在今吉尔吉斯斯坦阿克·贝西姆遗址，20世纪末，发现了两座唐代佛寺遗址。都位于碎叶城主堡以南的土岗上，都呈正方形，一座坐西朝东，奉祀的主神是释迦牟尼和垂脚弥勒，应即武周时期颁诏全国兴建的大云寺；另一座为突骑施·苏禄小妻唐金河公主所建，山门朝北，唐碎叶佛寺遗址中发现了自金山都护兼庭州刺史转安西都护的杜怀宝为其母祈福的垂脚弥勒佛的台座，厚约11厘米，宽32.6厘米，高约13.5厘米，呈横长形，在矩形面上刻有杜怀宝姓名、官号的碑铭，已由日本学者制为拓本，并率先解读。①说明远在楚河流域的碎叶镇佛教也很隆盛。
石窟寺，又称千佛洞，指开凿于山崖上的佛教洞窟，乃建筑、雕塑、绘画有机组合的统一体，且常与佛塔、地面佛寺相互呼应而存在。起源于佛教与希腊化艺术的结合，引起佛教教义由反对偶像崇拜到通过雕塑艺术弘法的历史转变。石窟寺始凿于公元前3世纪阿育王时期的印度（前273～前232年）。今存最早的石窟寺是印度比哈尔邦格雅（Gaya）城北的巴拉巴尔石窟寺群，最大佛像是阿富汗的巴米扬开凿的大像窟。后来随着佛教的传播，在今印度、巴基斯坦、阿富汗、中国新疆和中国内地都开凿了石窟寺。石窟寺一般由洞窟、雕像、地面寺庙与壁画组成，不同的洞窟形制、雕像与绘画内容反映了时尚的推移与大乘、小乘、密宗的分野。石窟寺最主要的窟形有用作礼拜的佛殿窟（支提窟）与大像窟两类。此外还有讲经窟、修行窟（毗诃罗窟）、禅窟、高僧骨骸窟（罗汉窟、影窟）、仓库窟等。石窟寺大都伴随着地面佛寺建筑以及雕像，但现今多已残存无几。石窟寺壁画包括宣传佛前生事迹的本生故事画、佛生平事迹的佛传故事画、佛教教理的因缘故事画、大乘杂经的经变故事画、世俗信徒的供养故事画以及涅槃画、说法图、伎乐图、天象图等，分别反映佛教不同教派的盛衰兴替。佛像的塑形，包括千佛像、坐佛像（禅定佛）、立佛像、托钵佛像、毗卢遮那佛、十方佛赴会图，菩萨像中包括弥勒菩萨像、地藏菩萨像、文殊菩萨像、普贤菩萨像、观世音菩萨像、大势至菩萨像、闻法菩萨像、金刚力士、四大护法天王像，并出现大量出资造窟的供养人像，以及大量裸体人物画，山水、动物画。反映了佛教美术东传之后的历史发展。新疆是我国佛教最早传入和石窟寺最早开凿的地区，北庭故境中最早开凿的石窟寺可追溯至前凉和北凉时期，以鄯善吐峪沟石窟寺群为代表，至高昌国时期西移至今吐鲁番市境内。唐朝北庭三州时期继续了这一历史传统，成为西域汉传佛窟与汉风艺术的集中地。
丁谷寺，即今吐峪沟千佛洞，位于鄯善县西南40公里的吐峪沟东西两面山崖上，西距高昌古城仅10公里，“吐峪沟”，维吾尔语，意为“行不通的沟”，形如丁字，古称丁谷，即《西州图经》中的丁谷寺，唐属西州柳中县界，是吐鲁番地区开凿最早的千佛洞，其开凿时间远自高昌郡一直延续到高昌回鹘时期，乃西域汉风壁画的发祥地。自前凉高昌郡至麴氏高昌以前一直是高昌的国寺。现为全国和自治区文物保护单位。分布于沟谷东西的山腰中，90％已遭破坏，分为沟西、沟东两区，今仅存10个洞窟（1、2、12、20、22、38、40、41、42、44），尚有寥寥无几的幸存壁画和 汉文榜题。特点是用墨线勾轮廓的，开创了吐鲁番地区汉人画法的历史传统。其中谷东区第2窟时代或许较晚些，所绘千佛都是正襟跌坐，佛顶有圆光，佛的形貌、衣饰、画法都具有典型的汉式风格。很可能是入唐后的作品。
西谷寺，即雅尔湖石窟寺：位于吐鲁番市西12公里的交河西岸半腰崖壁上，南距车师前国王城一一交河古城仅1公里，今多残破。共有7窟，开凿时间从高昌郡一直延续到回鹘高昌时代，其中1窟为毗诃罗窟，余6窟为支提窟。现存窟内有两个洞窟保存比较完整。其中5号窟曾发现游僧题记“乙丑年十月廿□到此。西谷寺，□□巩律师记”等字。表明西谷寺即雅尔湖石窟寺的原名显然建于唐代。最东面的7号窟是一个大型的长方形纵券顶的支提窟，顶绘净土变、水中莲花丛生，竹笋形的天雨花、水鸟、鳅、螺等图像，四壁画的通肩式大衣与双领下垂式大衣的佛像，突现出汉风艺术的特色，充满大乘色彩。6号窟观音像端庄秀丽，宛然中原仕女。最东面的7号窟是一个大型的长方形纵券顶的支提窟，窟顶所画的莲花、竹笋形的天雨花、水鸟、鳅、螺等图像，四壁画的通肩式大衣与双领下垂式大衣的佛像，窟顶还绘有千佛，有汉字题名，后室右壁画龙王。支提窟内，两处绘有一佛二菩萨的说法图，佛交脚坐于台上，两侧菩萨双手合十，虔诚听法。顶部绘有千佛，下方彩绘佛本生故事画。塑像均已被毁。题记中有“己丑年七月二十九日（缺）到此西谷寺”。也是自晋高昌郡一直延续至唐西州时期的名刹古寺。可惜破坏相当严重。 1957年被列为自治区重点文物保护单位。
胜金口石窟寺：位于吐鲁番市东约40公里的木头沟出火焰山出口的山腰上，兰新公路东侧丘陵地带。残存10个洞窟及10个寺址，始凿于高昌国，盛于唐西州时期，延续至回鹘高昌。壁画经过了多次重绘。分为四区，两处在山腰，土坯砌成。洞窟内绘有壁画，顶部壁画以卷云纹配成莲花。大殿北窟，绘有莲花、枯木寒鸦图、葡萄满枝和垂柳成阴图。都富有中原追求的独特意境，其中峡谷最北端的小窟寺原有壁画共命鸟图，乃其中最优秀的作品，上绘童男童女，天真可爱。今杨柳青年画犹存其风韵，应也属于汉风正传。1959年列为自治区重点文物保护单位。
宁戎寺：即今吐鲁番柏孜克里克千佛洞，是吐鲁番地区现存最大，保存较好的一座石窟寺，建于火焰山腰山上，始建于麴氏高昌时期，入唐后成为西州的主寺，现有编号洞窟83个，其中残存壁画的洞窟40余个，壁画面积约1200平方米。洞窟的形制有二，一种是依崖开凿的石窟，其中有的加筑土坯垒筑的前室，另一种是完全在地面上垒筑的殿堂式建筑。石窟的平面主要有长方形和方形两类，长方形者居多。窟群北区以中心柱式的早期洞窟为主，中区和南区多方形窟和长方形窟，窟顶主要是纵券顶，也有穹隆顶和套斗顶。礼拜窟、禅窟、僧房、罗汉窟俱全。其中供信徒礼佛的礼拜窟数量最多，一般分为三期，早期属麴氏高昌，中期为唐西州，晚期为北庭回，其中第14、15、17、28、29诸窟，普遍认为是唐西州艺术风格的代表。近年来又在窟中坍土中发现了木质斗拱等建筑材料，说明这里除了石窟寺以外，还曾存在着高大的佛寺殿堂、回廊等地面建筑。又发现了数量可观的汉文、梵文、波罗蜜文的佛经残片，以及塑像肢体碎块、壁画残片。今存洞窟虽然多经北庭回鹘改绘，唐风犹存。壁画内容以经变画、供养图为主，并有大量的千佛像，虽兼容小乘、密宗，而基本上承袭着河西汉传佛教的传统，以大乘为主。壁画的布局，各窟大都以一个题材为中心，且多绘制在窟内主尊塑像四周的壁面上，并辅以相近题材的壁画，其中天王像大都绘制于四隅，列佛、列菩萨多绘于两侧壁和后壁或通道侧壁，经变画多绘于两侧壁，千佛像多绘于顶部，供养图都是以立佛居中，绘于窟门或说法图侧，佛装主要是双领或偏衫。例如第60窟的田园牧牛图，画面下部和左下部又有二牛相向而立，背景则乃一望无垠的田地。横列的田垠将田园划为一块块小畦，洋溢着一种田园野趣；所追求的意境宛如王维、孟浩然的田园诗。第62窟面积不大，长宽仅两米，整个地坪画满富丽堂皇的彩绘。其中一幅地坪，中心画一方水池，四角以中原盛行的田字图案装饰，其边沿图案皆为卷云纹，两侧各绘身着红兜衣的男童，腿、臂皆袒，天真烂漫之态可掬。形象极似后世画中闹海的哪吒，明明是汉童形象。全画皆用暖色调烘托。上、下部各点缀着几只水鸭，画风亦属中原一脉。第9窟所绘供养比丘像，高僧双手托盘肃立，又有二小僧双手合掌，紧随其后，右上方为汉文，左下方为回鹘文。值得注意的是，这些僧人衣着纯为汉装，衣褶、袍带，皆毛笔画出，刚柔相济，与龟兹风中的铁笔盘丝大不相同。 32窟中的贵妇礼佛像，据考证其身份都应是回鹘～人，但脸色白润、肥硕，一身着宽大袍衣，追求的审美趣味仍然属于盛唐时尚、汉妇风韵。更重要的是其主体佛像完全是汉人形象；如第9窟、12窟、20窟中的誓愿图，皆具有同样的特点，装束式样亦同中原大体接近。画技上以线条的刚柔相济为主，并以软性毛笔进行作画，这同重视色彩明暗而以硬笔作画的西域画风大相异趣。建筑形制上和画面布局上，主要修建礼拜窟，不再兴建禅窟，中堂式画面格局成为一种新的时髦。绘画技法以线描为主，轮廓多用墨线勾画，间或用墨、红双重轮廓线，面部及肢体再加渲染，色调以赭石色为主，配以石青、石绿等，日益近敦煌而远龟兹。
除了以上历史悠久的古寺以外，唐西州境内又新开凿了一批石窟寺。诸如奇康石窟寺：在今高昌古城东北，在火焰山北坡一座沟壑里，奇康水库畔，隔山距柏孜克里克千佛洞约5公里。有十余洞窟，仅5窟残存壁画痕迹。4窟时间较早，为中心柱窟，壁上有四方佛说法，并绘满千佛，土红色衣，窟顶有平棋图案。3窟也有千佛图像，9窟有金翅鸟和大象。具有密宗色彩，时代较晚。拜西哈尔石窟寺：在今火焰山北麓一条东西走向的小沟中，东南距柏孜克里克千佛洞2公里，凿于沟内一小平台山上，隔沟有寺院。是高昌发现最早的密宗寺院。乃五个洞窟一字形排列。第3窟绘有《维摩诘经变》。鄯善县连木沁到鲁克沁的色尔克普厄格孜沟中还发现了一名为塔木和勒克塔西的佛像刻石。“塔木和勒克塔西”，维吾尔语“塔木和”是印章，“勒克”为词缀，“塔西”为石头，简称“塔木和塔什”，意即石头印章，实乃佛像刻石。佛像刻石的原料是从山上崩塌下来的红色砂岩，其中一块长4.5米，宽3.5米，高1.5米，有两个面刻有佛教内容和其他图案的画面。长面刻石上部有两排圆孔，上排9个，下排5个，孔径0.05～0.07米，深0. 1～0.14米，间距0.2～0.23米。圆孔下是许多小龛，龛形大多能看出轮廓，内雕有佛像、佛本生故事图案、动物图案及一些文字等。宽面经人工凿平，刻了两个大方框，高0.86米，宽0.8米，各凿刻了上下4层，共16尊佛像，佛像刻石系宽刃扁铲凿刻而成，因造像模糊，断代较为困难。
唐伊州今属哈密，乃是新疆佛教最后灭亡的地区。境内的石窟寺（千佛洞）也很多。诸如：
白杨沟石窟寺：在今哈密以西的三堡白杨沟上游，维吾尔人称“台藏”。佛洞在白杨沟两岸的土崖边，共有11窟。一般洞高3米、长宽5米，中间有一土柱支撑洞顶，直径1米。有的一洞一窟，有的两洞或三洞相连，内壁均抹以草泥。因年久烟熏，所绘彩色佛像仅依稀可见，绝大部分壁画都已自然剥落或被人为破坏。有的洞窟已裂缝坍塌，有的洞门已被沙土壅塞。土崖上还有佛寺遗址三处，呈三角形分布在河东、河西。河西南一处佛寺最大，为下方上圆之拱式建筑。佛寺下部分为土墩挖成，上部为土坯垒砌。从残存的正殿基址看，佛像面东而坐，拱顶已坍塌无存。属一种特殊形制的千佛洞。
庙尔沟石窟寺：在今哈密东北40公里的东天山主峰喀尔里克山麓庙尔沟西北，佛寺建于沟谷红石山崖上，为下方上圆的拱式建筑。寺的下部为土山挖成，上部为土坯垒砌，从东至西开凿佛洞7窟，现仅存5窟。窟内草泥抹壁，白灰粉底，上绘壁画。前部和顶部均已毁坏，只剩靠山部分，坐佛轮廓依稀可辨。唐玄奘曾至此造访。其后划入哈密四世回王玉素甫的仿清宫花园和避暑行宫。1931年哈密战乱行宫被毁，古寺遗址犹存。