大食即阿拉伯帝国，建国时间略晚于大唐帝国。公元622年，亦即唐高祖武德五年，当李渊、李世民父子正忙于统一中国的时候，伊斯兰教的创始人穆罕默德正率领穆斯林弟子从麦加出走，沿着红海海岸，一路历经艰险抵达麦地那。从此，穆罕默德带领穆斯林圣徒开启了一个以武力传播伊斯兰教的时代，并最终建立了一个政教合一的国家。
在圣战的旗帜下，穆斯林军队以一往无前的勇气和惊人的战斗力统一了阿拉伯半岛，而且向西占领了北非、西班牙、巴尔干半岛，向东则把整个西亚和大半个中亚收入囊中，扩张为一个横跨欧、亚、非三大洲的强大帝国。
作为当时欧亚大陆上最强大的两个帝国，大唐与大食为了确立自己在中亚的霸权地位，注定会展开一场激烈的较量。
就在高仙芝平灭石国的这一年，即公元750年，大食帝国政局突变，阿巴斯王朝取代了倭马亚王朝。由于倭马亚王朝旗帜尚白，所以中国史书称其为“白衣大食”，而新崛起的阿巴期王朝旗帜尚黑，所以称为“黑衣大食”。
石国灭亡后，一位王子侥幸逃脱，随后奔走于中亚各国，到处控诉高仙芝的暴行，说他背信弃义，“欺诱贪暴”。唇齿相依的中亚诸国对高仙芝在石国的屠城和劫掠行径也深恶痛绝，遂迅速缔结成反唐联合战线，并遣使向黑衣大食求助，准备借助黑衣大食的力量，向东进攻大唐的安西四镇。
高仙芝很快得知了中亚诸国的反唐计划。
他决定先下手为强，主动出击黑衣大食。
这一次，高仙芝仍然跟从前一样充满自信。他仍旧准备使出自己的看家本领——长途奔袭。
然而，黑衣大食不是小勃律，幸运女神也不会一直站在高仙芝这边。这一次，高仙芝将遭遇他一生中第一次惨痛的失败。
天宝十年（公元751年）四月，高仙芝集结了安西四镇的两万精锐，同时征调了西域拔汗那国和葛逻禄部落的蕃兵，组建了一支胡汉混合兵团，共计六万人。同月，高仙芝与部将李嗣业、段秀实等人，率部从安西出发，越过葱岭和大沙漠，经过三个多月的长途跋涉，于同年七月进抵中亚古城怛罗斯（今哈萨克斯坦江布尔市附近）。
应该说，尽管高仙芝对此役充满自信，但他并没有因此而麻痹轻敌。从他投入的兵力来看，就足以证明这一点。
按照当时大唐军队的编制，安西四镇统辖的兵力只有二万四千人，而高仙芝一下就抽调了两万人，几乎可以说是倾巢而出了。同时，高仙芝又征调了大约四万的胡人，使远征军的总兵力达到了六万，这基本上是他可以动用的全部兵力。
换句话说，为了保证此役的胜利，高仙芝已经把自己的老本全都押上了。（关于怛罗斯之战唐军出动的总兵力，各种史料多有异说：阿拉伯史籍说是十万，和《唐历》说是三万，《段秀实别传》说六万，两《唐书》中的相关列传则说二万，杜佑的《通典》说七万。各家均有所凭，莫衷一是。今据有关学者的推测和考证，确定为六万人。）
然而，相比于黑衣大食出动的兵力，唐军在人数上还是居于明显的劣势。
据学者考证，阿拉伯出动的正规军大约五万人，雇佣兵也有五万，总计不下十万人。所以，双方在兵力上的对比还是比较悬殊的，这也是唐军在怛罗斯战败的主要原因之一。
高仙芝的远征军逼近怛罗斯之时，阿拉伯人就接到了情报。黑衣大食驻巴士拉的东方总督艾布·穆斯林立即下令，命部将塞义德率数千人进驻怛罗斯加强防守，从而为大军的集结赢得了时间。
等到唐军兵临怛罗斯城下，先机已失，战斗的主动权已经落入了阿拉伯人手中。因为阿拉伯人既有坚固的城防工事，又是以逸待劳，而且是主场作战，拥有源源不断的援军和补给。唐军要想从这样的敌人手中夺取怛罗斯，无疑是千难万难。
高仙芝命部队对怛罗斯城发起强攻，但始终未能攻克。双方就在怛罗斯城下对峙了整整五天，其间多次交战，但谁也没捞到便宜。
这种胶着状态显然对唐军极为不利。一旦不能速战速决，唐军必将因缺乏后勤补给而陷入困境。
随着时间的流逝，胜算一点一滴地从高仙芝的手中溜走了。
而随着后方大部队的陆续抵达，阿拉伯人的士气变得越来越高昂。
第六天，黑衣大食的援军全部进入战场，双方随即在怛罗斯河两岸展开了决战。东亚与西亚最强大的两个帝国，就在这里发出了最强烈的碰撞。
在兵力居于劣势的情况下，唐军依然顽强奋战。战斗开始后一段时间内，双方势均力敌，难分胜负。然而，就在战斗进行到最激烈的当口，唐军的阵脚突然一片大乱。
因为葛逻禄部落反水了。
这支为数不下两万人的胡人兵团在这时候倒戈，无疑是往高仙芝的心口上狠狠捅了一刀，也在顷刻间决定了这场战役的结局。
在阿拉伯人和葛逻禄叛军的前后夹攻下，原本还在竭力苦战的唐军再也支撑不住，瞬间全线崩溃，两万名汉人将士或战死或被俘，几乎全军覆没，只有高仙芝、李嗣业等几名主将在夜色掩护下逃离了战场。
当高仙芝等人逃至一处狭窄的山谷时，前方的道路被溃退的拔汗那士兵和大批车马牲畜挤得水泄不通。李嗣业担心黑衣大食的追兵杀到，就策马前驱，挥舞大棒击毙了一大片拔汗那士兵和马匹，硬是杀开一条血路，高仙芝才得以安然通过。
当时的情况混乱不堪，侥幸未死的残余唐军各自逃命，兵找不到将，将找不到兵，乱成了一锅粥。只有部将段秀实一直在黑暗和混乱中搜罗散兵游勇，想尽量抵挡黑衣大食的追兵，多挽救一些将士的生命。此时，段秀实恰好听到了李嗣业正在棒打拔汗那士兵的叱骂声，赶紧策马追到他跟前，大声说：“避敌先奔，无勇也；全己弃众，不仁也。幸而得达，独无愧乎？”（卷二一六）
遇到敌人自己先逃跑，是无勇；保全自己抛弃士兵，是不仁。就算你幸而成功逃脱，能不感到惭愧吗？！
闻听此言，李嗣业羞惭不已，随即把陌刀一横，调转马头，和段秀实一起去寻找生还的士兵。随后，李、段二人集合了数千人，一边抵挡追兵一边撤退，最后终于把这几千人安全带回了安西都护府。
这场世界历史上著名的会战，就这样以阿拉伯人的全胜、唐军的惨败而落下帷幕。
怛罗斯之战的失败，并非唐军的战斗力弱于阿拉伯军队。相反，唐军在劳师袭远和兵力居于劣势的情况下，依然打得十分英勇和顽强，给了对手相当程度的打击和杀伤，倘若不是葛逻禄部雇佣兵突然倒戈，唐军绝不会遭遇近乎全军覆没的脆败。
作为主帅，高仙芝对此次战败虽不能负全责，但仍然要承担一定责任。首先，是他悍然撕毁和约，发动对石国的入侵，并残杀妇孺、劫掠财富，才导致了中亚诸国的同仇敌忾，并给黑衣大食提供了染指中亚的口实。其次，在面对黑衣大食这样的强势对手时，他仍然采用了过去那种长途奔袭的战略，不能不说是一种决策上的失误。
因为，深入敌境客场作战，在军事上是一种极大的冒险，只有像小勃律那种几乎没有任何抵抗力的弱国，才适合采用这个战略，而面对黑衣大食这样的强敌，唐军必然会暴露出一系列问题：一、因地理环境陌生而导致行动迟缓，从而让对手抢了先机；二、因客场作战而导致情报匮乏，无法准确判断敌人的兵力部署，从而未能及时改变战略，并制定相应的战术；三、孤军深入敌境千里，没有根据地，没有援军，没有后勤补给，没有休整再战的转圜余地和时空条件，因此唐军只能寄希望于一战拿下怛罗斯，而一旦战事陷入胶着状态，唐军的抗风险能力就降为零了。
葛逻禄人也许就是看出了唐军面临的诸多困境，才会断然倒戈的。
可是，即便没有葛逻禄人的倒戈，唐军取胜的机会也很小，因为高仙芝的战略决策已经从根本上决定了这场战役的结局。就算葛逻禄人不反水，唐军还是有可能战败，只不过不会败得那么惨而已。从这个意义上说，我们也许有理由作这样的假设——假如换成是阿拉伯人长途奔袭，而高仙芝坐镇安西、以逸待劳，也许这场战役的结局就会全然不同了。然而历史没有假如。唐军在怛罗斯战败后，中亚的命运被彻底改变。由于短短几年后安史之乱爆发，唐朝自顾不暇，不得不放弃对中亚霸权的争夺，再也无力染指帕米尔高原以西之地，原本亲附唐朝的中亚诸国转而臣服于阿巴斯王朝。从此，华夏文明彻底退出中亚，这一地区开始了整体伊斯兰化的过程。
怛罗斯之战后，唐军战俘中的造纸工匠被带到阿巴斯王朝第一任哈里发建在撒马尔罕的造纸作坊。从此，中国四大发明之一的造纸术传入阿拉伯，进而传播到中东和整个欧洲，对西方文明的进程产生了深远的影响。
正是由于上述原因，怛罗斯之战才会在世界历史上留下深刻的印迹。虽然华夏文明最终退出中亚的主因并非怛罗斯之战，而是后来的安史之乱，但无论如何，怛罗斯之战都是中亚命运的一个重大转折点，也是东西方文明发展史上的一个标志性事件。
如果没有后来的安史之乱，以当时盛唐的综合国力，要重新夺回中亚霸权是完全有可能的。
事实上，就在怛罗斯战败的两年后，安西唐军就迅速恢复了以往的实力，大唐帝国也再次把军事和政治触角伸进了中亚，开始了新一轮谋求霸权的努力。
当然，这新一轮努力的代表人物不再是高仙芝了，而是大唐军界的另一个后起之秀。
他就是封常清。