這一時期，絲綢之路的交流範圍也進一步擴大，不僅有經濟交流，文化交流也興盛起來，往來於絲綢之路的人不僅有商人和士兵，也有為尋求信仰理念和文化交流的人們。於是，中國大量先進的技術傳到其他國家，其他國家的佛教、祆教、景教等也通過不同的途徑傳到中國，極大地滿足了唐朝人在文化方麵的需要。
安史之亂以後，唐王朝於唐德宗貞元六年（790年）左右退出了新疆，絲綢之路開始慢慢衰落。至唐末五代時，海上絲綢之路出現，陸路上的絲綢之路逐漸被取代。
唐代，蘭州已由秦漢時期的邊塞重鎮、魏晉南北朝時期各民族政權交替爭奪的軍事戰略要地變為國家的腹地城市，經過蘭州地區的絲綢之路有三條道路都經過蘭州。一是絲路東段關隴南道，這條道路從長安或洛陽起，越隴山至臨州治所狄道，出狄道西北行，越沃幹嶺，沿阿幹河穀至蘭州治所金城（今蘭州市城關區），從金城關一帶渡過黃河，西北行至逆水（今莊浪河），沿逆水河穀去河西走廊。
二是絲路東段關隴中道，這條路自長安或洛陽西行，越六盤山至會州治所會寧，自會州西行至蘭州，經蘭州西去。三是唐蕃古道，也稱吐蕃道。唐蕃古道是指絲綢之路東段的吐蕃道，其部分路段同絲綢之路河西道基本平行。這條道路是唐貞觀八年（634年）開通的，自關隴南道經河州，至鄯州治所湟水縣（今青海樂都大小古城），或由關隴中道經蘭州至鄯州，再西南至吐蕃、尼波羅（今尼泊爾）、印度的道路。全線分為東段河湟道，中段吐蕃道和西段尼波羅道。絲綢之路與唐蕃古道都經過蘭州，在蘭州交彙，從而使蘭州地區成為東西交通樞紐和重鎮，其戰略地位與民族特色更為突出。
宋代的蘭州地區先後被金、西夏部分或全部控製，成為幾個政權對峙、爭奪的地區。由於當時北方草原絲綢之路全線在遼、金、西夏的控製之下，宋王朝所需的軍用戰馬全靠吐蕃地區供給，於是出現了茶馬互市形式的絲綢之路貿易。宋代經過蘭州地區的絲綢之路路段，由於控製這一地區的政權的變換而有所變化，大體是由東京開封經西京洛陽至長安，沿傳統道路經西安至會州，至蘭州，經蘭州至宗哥城（今青海樂都大小古城），轉東北至西涼府西去。
蒙元時期，陸路絲綢之路重新開通，且比較發達，不過這種發達隻是落日餘輝罷了，隨著蒙元帝國的滅亡，也就失去了作用。元代的絲綢之路的起點延至大都（今北京），線路也有所變化。經過蘭州的道路為絲綢之路南道。由大都至奉元（今西安），至鳳翔，西北行，過隴關，越六盤山，經定西至金城（今蘭州市榆中），再經定遠鎮至蘭泉驛（今蘭州市武都路與永昌路交叉處的原永昌路百貨大樓一帶），然後渡黃河，經莊浪（今永登）西行。
蘭州絲綢之路重鎮的確立
蘭州成為絲綢之路重鎮是有一個發展過程的。
漢武帝元鼎六年（前111年），為進一步加強邊境防守力度，分段從令居（今蘭州市永登縣南）築長城，一直延伸到敦煌，並在長城內修築有道路。修築的長城是防禦羌胡的軍事屏障。而沿長城修築的道路，因長城帶上駐有重兵，這些士兵除守衛邊防外，還有保衛長城帶上道路暢通的責任，因而這條道路行走起來是比較安全的，所以既是一條重要的軍事交通線路，又是一條較為安全的商貿、文化交流的線路。此時的絲綢之路雖已粗具雛形，但全線並未開通，故蘭州仍然隻是一個軍事重鎮，還沒有成為絲綢之路重鎮。
在漢“斷匈奴右臂”後，絲綢之路雖已初步打通，但西漢赴西域各國的使者，西域各國赴西漢的使者，往往受到康居、大宛、烏孫、匈奴的刁難，直至殺害。其中，大宛劫殺漢使，直接引發了一場戰爭。李廣利降服大宛後，中亞、西亞的交通孔道全線開通。此時，蘭州在絲綢之路上的地位有所加強。
東漢末及魏晉南北朝時期，絲綢之路時通時斷，艱難發展。此時，在西北地區河西一帶由於五涼等政權的相繼經營，相對比較安定。蘭州地區經過前涼、前秦、後涼、南涼、後秦、西秦等幾代的開拓和經營，絲綢之路東段河南道相對比較暢通，金城正是處於河南道中，而且是一座比較關鍵的城市，在絲綢之路上的交通地位有所提高。但是，盡管如此，此時的蘭州仍然是一個兵家必爭的軍事重鎮，軍事戰略價值要大大高於交通價值。