与此同时，大唐的周边环境也发生了一些变化。如前所述，在武曌晚年，东突厥阿史那默啜和吐蕃赞普器弩悉弄都表示愿意与大周和亲，随之三方均暂时恢复了和平，然而，吐蕃赞普器弩悉弄很快死去，国内内乱一段时日后，其七岁的儿子弃隶蹜赞（即尺带珠丹）继承了赞普之位。弃隶蹜赞即位后，继续采取与大唐友好的政策，于景龙元年三月，派遣大臣悉熏惹前来朝贡，四月十四日，唐中宗答应将收养的雍王李守礼的女儿金城公主嫁给时年十一岁的赞普。李守礼原本是李显的二哥李贤之子，论辈分，金城公主应为唐中宗的侄孙女，唐中宗却将她收养为女儿，由此可见，唐人似乎并不过分在意辈分问题。到景龙三年（公元709年）九月，吐蕃赞普派遣大臣尚赞咄等一千多人来到洛阳迎接金城公主，次年（公元710年）一月，唐中宗命纪处讷送金城公主前往吐蕃，纪处讷推辞；又命赵彦昭前往，赵彦昭也不去。一月二十五日，唐中宗命令左骁卫大将军杨矩护送金城公主。二十七日，唐中宗亲自将公主送到始平（今陕西省兴平县），二月二日回到长安。金城公主来到吐蕃后，时年十四岁的赞普弃隶蹜赞特意给她另行修筑了一座城堡，让她居住。
唐中宗即位后，大唐王朝延续了与吐蕃的友好关系，但与东西突厥之间却并不顺利。东、西突厥长期为敌，西突厥一直被视为大唐王朝掣肘东突厥的一颗棋子，然而，在武曌晚年，由于她委任的可汗阿史那斛瑟罗措施不当，被西突厥土著突骑施酋长乌质勒赶出了西域，武曌随后又任命阿史那斛瑟罗的儿子阿史那怀道为西突厥十姓可汗，唐中宗即位后，为了拉拢西突厥，又于神龙二年一月二十九日册封突骑施酋长乌质勒为怀德郡王。
在大唐与西突厥关系逐步走近的同时，东突厥却悍然撕毁和平协议，于神龙二年十二月十八日，向唐朝的鸣沙（今宁夏自治区中沙县东北）发起了进攻，时任灵武军大总管的沙吒忠义战败，唐军死伤六千余人；十八日，东突厥军队乘胜向纵深扩大战果，骚扰原州（今宁夏自治区固原市）、会州（今甘肃省靖远县）等地，将唐朝陇右牧马场内的一万多匹战马劫掠而去。
唐中宗闻讯大怒，下令中止和亲，悬赏能斩杀东突厥阿史那默啜的晋封为国王，授予诸卫大将军，赏赐两千段绸缎；又下令群臣上呈讨伐东突厥之策。右补阙卢俌上书认为：“番将沙吒忠义等人虽然骁勇，但没有深谋远略，本为骑将之材，不可大任，鸣沙之战，主将先逃，挫伤国威，应当将其明正典刑（朝议要诛杀沙吒忠义的声音，可能是促使不久之后他参与太子李重俊政变的原因之一）。”他还建议：“一是以蛮夷进攻蛮夷，一直是我们高超的策略，招募能言善辩之士前去拉拢东突厥周边的部落，以成犄角之势；二是招募百姓，充实塞下，以安定边塞；三是谨慎挑选边地的刺史；四是休养生息，安定内地，整顿军队，再伺机一举消灭敌人。”阿史那默啜也杀掉了唐朝的使者臧思言，两国又成为了敌国。景龙元年五月一日，唐中宗任命右屯卫大将军张仁愿为朔方道行军大总管，发兵防备东突厥南下。
话分两头。
当东突厥与大唐交恶的同时，西突厥也差一点与大唐反目。西突厥乌质勒表示归顺之后，时任安西大都护的郭元振前去乌质勒的大帐商议军务。当时，天降大雪，寒风刺骨，天气非常寒冷，郭元振站在乌质勒的帐外，与乌质勒交谈了很久。郭元振在帐外一动不动，乌质勒年老，体力不支，会后就死掉了。乌质勒的儿子娑葛认为是郭元振故意为之，冻死了自己的父亲，率军将要进攻郭元振。唐中宗派来册立乌质勒的使者、兼任御史中丞解琬劝说郭元振趁夜逃走，可郭元振却说：“我以诚待人，有什么可疑虑的呢？况且，我们身在他们的心脏，又能逃到哪去呢？”当晚，他睡在帐中，不以为意。第二天一大早，郭元振亲自来到乌质勒的大帐吊唁，哭得死去活来。娑葛深受感动，对郭元振与以前一样，还派人向唐朝进贡五千匹马以及一些土特产。神龙二年十二月二十八日，唐朝政府以娑葛为嗢鹿州（今新疆自治区伊宁市）都督、怀德王，赏赐给他四名宫女；以郭元振为金山道行军大总管。
乌质勒死后，东突厥决定将兵锋转向西突厥，试图趁机将西突厥消灭，而这给了率军北上的朔方道行军大总管张仁愿一个机会。过去，唐朝朔方边防军与东突厥以黄河为界河，黄河以北有一座拂云祠，突厥人每次入侵之前，总要先往祠里祈祷，放牧战马，训练士卒，然后才南渡黄河。张仁愿来到驻地之后，见东突厥大军已经西去，遂上书请求趁虚夺取黄河以北大漠以南之地，并在黄河以北修筑三座受降城，首尾相应，可以切断东突厥的南下之路。太子少师唐休璟反对说：“两汉以来，中原王朝都是依托黄河，如今在黄河以北修筑城池，恐怕会徒劳无功，最终会落入敌人之手。”但张仁愿反复恳请，唐中宗最后答应了。
张仁愿上书延长驻军将士的服役时间，有两百多名咸阳的士兵偷偷逃回了家，张仁愿派人将他们全部抓获，在城下斩首示众，全军将士非常震恐，三座受降城经过六十天就建成了。张仁愿修建的这三座受降城，西受降城在今内蒙古自治区乌拉特中后旗西南，中受降城在今内蒙古自治区包头市，东受降城在今内蒙古自治区托克托县南。中受降城各距东西两受降城四百里，互为依托，都建在险要之处，为唐帝国开拓了三百多里的边疆。张仁愿还在牛头朝那山（在今内蒙古自治区土默特右旗西北）以北修建了一千八百多所烽火台和哨所，并命左玉钤卫将军论弓仁（吐蕃降将论钦陵之子）为朔方军前锋游弈使，率军驻扎在诺真水（今内蒙古自治区百灵庙哈尔红河）进行巡逻。从此以后，东突厥人就不敢再越过阴山放牧了，朔方也很少有突厥人前来骚扰，当地驻军也因此减少了数万人。
张仁愿在建三个受降城的时候，没有修建瓮城，也没有增修防御工事。有人问他原因，他回答：“军队贵在进攻，不在退缩和防守。敌人来到此地，将士们当齐心协力，主动出击，与敌死战，回头看看身后城墙的人都该处死，还需要什么防御工事，令士兵们产生退缩之心呢！”后来，常元楷担任朔方军总管，才开始修筑了瓮城，人们因此而看重张仁愿而轻视常元楷。