在武则天执政期间，边境战争一直是困扰她的一个大问题。西疆的战事需要从垂拱年间说起。由于扫除政治障碍的需要，武则天将负责西部防卫的大将军程务挺、安西都护王方翼等人斩杀，造成了西部名将缺乏，处于比较脆弱的时期。而这时候东突厥阿史那骨笃禄可汗看到武则天自毁长城感到非常高兴，也想借此机会扩大自己的地盘。垂拱三年（687）东突厥军队突袭朔州（治所在今山西朔县）、代州（治所在今山西忻州）等地。武则天慌忙派出军队支援西方，唐军与突厥军一碰上便开始了殊死搏战，结果唐军大败，死亡五千余人，从此东突厥复兴，成为了边境大患。突厥军队继续对边境进行骚扰，武则天这次意识到事态的严重，立即任命名将黑齿常之为大总管、李多祚为副总管，率大军讨伐突厥。黑齿常之不愧为名将，在黄花堆（今山西山阴）与突厥交战，大败突厥军。另一名将领爨宝璧嫉妒黑齿常之，奏请武则天让其继续追击突厥军。武则天准奏，让爨宝璧和黑齿常之一起对突厥深入打击。爨宝璧不等黑齿常之，自率人马追击而去，结果被突厥军打得全军覆没。武则天一怒之下将爨宝璧斩首。后来黑齿常之也被酷吏迫害致死，西方防务又陷入被动状态。幸好此时突厥也没有力量再对边境进行侵袭，边疆形势一度安静起来。
但是好景不长，突厥这边刚消停，吐蕃又来找麻烦了。当时大唐并不与吐蕃直接接壤，中间有西域作为间隔。在武则天强力巩固其在国内统治的同时，并没有将外部环境的安全作为头等大事来抓，“攘外必先安内”可能是武则天当时的想法。武则天想利用原来已经统一的西域地区，采取分成若干个国家作为缓冲地带的方法来消除吐蕃的威胁。而这恰恰与原先大唐的对外政策相违背，原来是用消灭强敌、抑制各方势力的方法来处理外部事务，而这种做法就是将本来握紧的拳头变成了张开的手掌，军事力度大大被减弱。光宅元年（684），武则天解散了都护的军队，又扶植西突厥的可汗复国。到了垂拱二年（686），连安西四镇都不要了。
唐朝与吐蕃的征战由来已久，李治在位时就与吐蕃发生过两次战争，结果连著名将领薛仁贵出马都败于吐蕃军队，可见吐蕃军队的战斗力还是很强的。而武则天对两次败于吐蕃耿耿于怀，出于教训吐蕃的目的，垂拱三年武则天任命文昌右相韦待价领兵攻击吐蕃。韦待价是文官，对于军事可以说是什么也不懂，让此人带兵打仗无疑是一个大错误。到了永昌元年（689），韦待价大军到达寅识迦河（在今新疆霍城），在那里与吐蕃大战。结果唐军大败，败得在情在理。武则天大怒，将韦待价流放，西征之事也告一段落。
就在这时候，吐蕃内部也出现了问题，不得不停止了与唐朝的对抗。而且还有不少吐蕃的部落也因为内乱投靠到唐朝这边，东突厥那边阿史那骨笃禄可汗也死了，这样西边总体来说算是平静了一段时间。
