从唐朝中叶经五代到宋朝中期，张掖被回鹘所占，约170多年。回鹘是匈奴的后裔，因俗多乘高轮车，元魏时称高车部，也称敕勒，讹称铁勒，其部落有即袁纥、薛延陀、契苾羽、都播、骨利干、多览葛、仆骨、拨野古、同罗、浑、思结、斛薛、奚结、阿跌、白霫共十五种，散居漠北。
隋大业元年(605年)袁纥联合仆固、同罗、拨野古诸部，成立联盟称回纥。唐德宗贞元四年(788年)，其可汗顿莫贺上书“请易回纥曰回鹘，言捷鸷鹘犹然”。元明两代把“回鹘”异译为“畏兀儿、畏兀、畏吾、委吾”，后译为维吾尔。
回鹘姓药(yue)罗葛氏，原游牧于娑凌水(今内蒙古北部的色楞格河)一带，后迁入瀚海(今蒙古人民共和国布尔根省一带)。后占突厥故地，徙牙帐于乌德犍山与昆山之间，与胡咄葛、啒罗勿、貊歌息讫、阿勿嘀，葛萨，斛嗢素、药勿，葛溪邪勿合称九户，称九姓胡。其后拓地更广，东起兴安岑，西至阿尔泰山，南控大漠，尽占匈奴旧地。
回鹘入河西经过漫长的过程。《新唐书·突厥上》说：武后景云中，“默啜讨九姓，战碛(qi沙漠)关，九姓溃”。又在《回鹘上》中说：“武后时，突厥默啜方强，取铁勒故地，故回纥与契苾，思结、浑三部度碛，徙甘、凉间，然唐常取其壮骑佐赤水军。”据此，武后时回鹘的一部分已入河西，另一部还居漠北。吐蕃统治河西时期，河西的回鹘概为吐蕃支配。唐文宗开成五年(公元840年)，居漠北回鹘被黠戛斯所破，全部分三支西迁。一支迁入吐鲁番盆地，称高昌回鹘或西州回鹘；一支迁葱岑西楚河一带，称葱岑西楚河回鹘，一支迁河西与归先迁入甘、凉间的联合起来称河西回鹘。《新修张掖县志》说：“唐宣宗大中十年(856年)回鹘庞特勒部入甘州居山丹驻收，并设牙帐”，回鹘势力增强，与张义潮所辖归义军发生了争夺甘州的战争。唐懿宗咸通十三年(872年)，张义潮在长安病逝，回鹘占领甘州城，又占肃州，从此，称“甘州回鹘。”唐哀帝天佑二年(905年)，张义潮孙张承奉自称白衣天子，建立“西汉金山国”，承奉与“甘州回鹘”进行多次战争。唐朝灭亡，五代十国兴起。后梁太祖乾化无年(911年)，回鹘攻沙州，张承奉无力抵抚，百姓一万人上书求和，遂订城下之盟，奉甘州回鹘为父。至此，甘州回鹘便有甘、肃、瓜、沙等州。庞特勒为回鹘第17代可汗，其后尚有阿咄欲、狄银、王仁美、王仁裕、王景琼、夜洛格密礼遏、王禄胜、夜洛格、右洛格归化等九个可汗。如从公元872年回鹘进甘州城到公元1028年李元昊灭回鹘政权计算共156年，若从公元856年庞特勒受唐册封到1028年，共历172年。
甘肃回鹘统治张掖时期。他们的政治、经济、文化情况大致如下：
甘州回鹘的官制与突厥同，最高领袖叫可汗，可汗妻叫可敦，子叫特勒。大臣有叶护、屈律啜、阿波、侔利发、吐屯、侔斤、洪达、颉利发、达干、共二十八个等级，都世袭制。也学中原王朝，设宰相，枢密史等职，不是世袭制。卫士叫附离，可汗下属各部落中管兵收“设”。可汗的牙帐设仍于册山城，并且扩建得很大，当年大令(今伊朗)作家宾墨哈黑尔路经删丹城时误认为是“中国王城”，他游记写道：“是城如此宏伟，故需一日之程乃横过之，内计60街，每街各廷大于官暑，吾人往游一城门，知其墙原高各90臂。其他臣子按职务分居于王廷及各部落中。对百姓管得很严”。据大食作家伊宾墨哈黑的游记载：“国内行政简要，法律严明，土人不杀生，全不食肉，有杀生者犯死刑。”
甘州回鹘在唐朝和五代的梁、后唐、晋、汉、周以及北宋时均受中原王朝册封。庞特勒的怀仁可汗是唐宣宗册封的，五代时，“后唐同光中，册其国王仁美为英义可汗，仁美卒，其弟仁裕立，册为顺化可汗，晋天福中，又改为奉化可汗”，北宋时一直保存这种制度。宋仁宗天圣元年(1023年)，宋仁宗删封夜洛隔通顺为归忠保顺可汗王)。中原王朝的公主往往下嫁于回鹘可汗，仅唐朝下嫁回鹘可汗是公主就有宁国公主、小宁国公主、崇徽公主、咸安公主，主安公主与太和公主。五代及宋沿袭这种制度。所以回鹘称中原王朝为舅，中原王朝称回鹘可汗为外甥。
甘州回鹘给中原王朝经常遣使入贡，入贡的使者有宰相、枢密使、都督、摩尼师、和尚、尼姑等。贡品有琥珀、团玉、玉勒、珊瑚、钢砂、红盐、金钢钻、琉璃器、绿夜马、独峯驼、元峯驼、牦牛尾、马乳香、羚羊角、腽肭脐、白毡、黄胡锦、宾铁剑甲、佛牙、宝器等等。中原王朝也经常给甘州回鹘赐赏品。回鹘每次入贡时都得到丰厚的赏赐，公主下嫁时也要很多礼品。中原王朝给予回鹘的赐有金、银、粮、马、羊、丝绸、锦锻等等，实际上回鹘所得赏赐物要超过他们的中原王朝入贡的方物。
回鹘曾帮助唐朝平息了安史之乱，帮助宋朝射死了侵犯凉州六谷部的党项羌李继迁。甘州回鹘还牵线搭引敦煌及西域政界朝贡中原王朝。引荐敦煌曹义金与后唐庄宗和好，引于阗翟全福与开封的后唐主石敬塘交好，引西州回鹘使与后周太祖郭威入贡。不过回鹘有助唐反攻安庆绪后，“大掠东都三日，奸人导之，府库穷殚。”之反，仆固怀恩又反唐。这仅仅是美中的不足。总的来说，回鹘与中原王朝是和好的。
甘州回鹘除了与中原王朝和好外，还与一些割据政权陆邻友好，和睦相处。他们给北方的辽国也入贡品，嫁女给沙州的曹义金，可汗曾娶曹氏女为“可敦”。与西州回鹘来往密切，与于阗国通商甚繁。因此，境内安定，经济得到一定的开发。
甘州回鹘的工业以制作刀、矛、宝剑和弓箭等为主。另外还制贡品，如毛毡、毛牛尾、细白毯等。也制作锄、铲、锅、碗等生产和生活用品。
甘州回鹘的农业多由汉人耕作，他们常用骆驼耕种，农作物有白麦、青稞、胡麻；蔬菜多是葱和韭菜，由于耕作落后，产量不高。
甘州回鹘的商业很发达，其贡品中的琥珀、团玉、珊瑚、玻璃器、金钢钻等等，都是从西域甚至中亚等地进口的。
甘州回鹘的牧业，从马匹骆驼为主，牛羊次之。马主要用于战争，骆驼多用于运输兼耕作，牛羊供贵族食用，羊毛为制毛毡的原料。
甘州回鹘的军事力量较强。宋神宗曾见甘州回鹘使者，问道：“其国各落生齿几何？”使者答：“三十余万。”又问：“壮可用者几何？”答：“二十万”。战术上也有谋略，西夏李德明派万子攻甘州，甘州回鹘“设伏要路，示弱不与斗，俟其过，奋起击之，勦戮殆尽。其生擒者，回鹘驱坐于野，悉以其所获资粮示之，曰‘尔驾狐鼠，规求小利，我则不然，遂尽焚而杀之，唯万子军主挺身走”。由此可见’主将的文韬武略是很高的。
甘州回鹘有文字，即现在的维吾尔文。不过仅仅供少数贵族子弟学习，一般贫民在当时不可能学文化。回鹘崇尚佛教，僧尼社会地位高，常任使入贡。宋神宗熙宁元年(1068年)，回鹘使者入贡时“求买金字《大盘若经》，以墨本赐之”甘州回鹘能歌善舞，有喜事要唱歌，有悲伤也要唱歌，可见其文化已达到一定程度。
甘州在回鹘统治时期，由于各业有发展，各族人民过着较为安定的日子。然而“一兔在野，百犬逐之，一金在野，百人争之”，对甘州这个要地，契丹与西夏早已垂涎三丈。宋真宗大中祥符元年(1008年)秋，西夏出兵首次攻甘州未遂。在回鹘军击败夏，进行修整时，契丹西北路招讨史萧图玉便率军围攻甘州回鹘，回鹘为保存实力，没有开战，遣耶刺里请降，并拿出资粮大契丹军，萧便抚慰而还。大中祥符三年(1010年)三月，西夏军又侵甘州回鹘，又被回鹘军击败。萧图玉也乘机于五月攻回鹘。甘州回鹘可汗夜落纥出兵抗击，萧图王攻甘州不下，便转西攻肃州，在肃州之北设土隗口故城，迁民于此，牵制甘肃回鹘。
甘州回鹘受了多次战争的破坏，国力衰竭，遂于宋仁宗六年(1028年)，被契丹大将萧惠率军围攻四个月之后，又被党项族的袭击而失甘州，向四处迁逃。
