在军事上唐玄宗他重视对边疆地区的管辖，封粟末靺鞨的大祚荣为“渤海郡王”，设渤海都督府和黑水都督府，封南诏的皮罗阁为云南王，封回纥的骨力裴罗为“怀仁可汗”，巩固了多民族国家的统一。
兵制改革
李隆基不仅对内政进行有效的治理，对于边疆也进行了有成效的治理，将原来丢失的领地重新夺了回来。这主要是对于兵制进行了改革。原来的府兵制由于均田制的破坏，致使农民逃亡，影响了军队的兵源。到了李隆基在位时，士兵逃跑现象极为严重，军队战斗力也很低，无法和强悍的突厥军队抗衡。
开元十一年（723年），李隆基接受了宰相张说的改革主张，建立雇佣兵。从关内招募到军士十二万人，充当卫士，这就是"长从宿卫"，也叫做"长征健儿"，这次改革是从府兵制到雇佣兵制的转变。此后经过十多年的努力，李隆基将这种制度推广到了全国。这种制度使原来的府兵轮番到边境守卫的做法取消，解除了各地人到边境守卫之苦。同时，这种雇佣兵还为集中训练、提高战斗力提供了保证。
开疆拓土
除了对兵制进行改革之外，李隆基还采取了其他很多的整军措施，如颁布了《练兵诏》，命令西北的军镇扩充军队，加强训练。同时，任命太仆卿王毛仲为内外闲厩使，全力负责军用马匹的供应，这使短缺的马匹及时得到了补充，提高了战斗力。另外，为彻底解决军粮问题，李隆基又命令扩充屯田范围，在西北和黄河以北地区大力发展屯田，增加粮食产量。
在做好了充分准备后，唐朝逐步把营州等地收复，长城以北的回纥等族也自动取消了独立割据的称号，重新归附唐朝。安北都护府也恢复了，唐朝重新行使对长城以北土地的管辖权。
西域地区政权的恢复经历了两个阶段，第一个阶段是收复碎叶镇，第二阶段是重新恢复了丝绸之路。唐朝的威望在西域重新建立起来。
设立节度使
至开元、天宝间，唐玄宗设立十大节度使，北方形成平卢、范阳、河东、朔方、陇右、河西、安西四镇、北庭伊西8个节度使区，加上剑南、岭南共为10镇，始成为固定军区。节度使受命时赐双旌双节，得以军事专杀，行则建节，府树六纛（大旗），威仪极盛。节度使集军、民、财三政于一身，又常以一人兼统两至三镇，多者达四镇，威权之重，超过魏晋时期的持节都督，时称节镇。于是外重内轻，到天宝末酿成安史之乱。
