在东北地区的渤海国，曾被称为“海东盛国”。这个国家是由粟末靺鞨的部落领袖大祚荣在牡丹江流域建立的地方政权。渤海国与唐朝保持着紧密的联系，在文化和经济上有着频繁的交往。渤海国的15位国王共朝贡唐朝132次，双方的关系非常密切，正如诗人温庭筠所描绘的：“疆理虽重海，诗书本一家。”

除了渤海政权，东北地区的少数民族还有奚族和契丹族。奚族原本依附于突厥，后来随着突厥的转向中原而与唐朝建立了联系。唐朝建立初期，在奚族的故地设立了府、州等地方政府机构，极力笼络奚族的上层，推动友好交往。唐朝几次通过联姻与奚族加强关系。开元十年（722年），奚人被迁移至幽州（今北京地区），他们并未返回北方，而是逐渐与当地人融合。

契丹族活动在奚族的东边，起初与奚族一样属于“东部鲜卑”民族。与奚族相比，契丹的力量更为强大，拥有约4万的精锐部队。唐太宗时期，契丹归附于唐朝。贞观二十二年（648年），契丹首领窟哥被任命为新设立的松漠州都督府的都督，领导该地的契丹族和其他部落。窟哥的孙子李尽忠曾反叛唐朝，发动数万大军攻打崇州（今吉林敦化附近）。唐朝派兵讨伐，虽屡次失败，但契丹方面也付出了沉重的代价。双方的主要战斗场地集中在今天的辽宁东南部和河北北部。开元初年，契丹再次归附唐朝，玄宗下令恢复松漠州都督府，并与契丹首领达成和亲协议。尽管如此，契丹与唐朝之间的冲突依旧时有发生。

开元二十二年（734年），唐朝幽州节度使张守玮成功击败契丹，斩杀其王。玄宗曾一度考虑提拔张守玮为宰相，这表明契丹问题在当时唐朝政权心中的重要性。天宝初年，节度使安禄山为了讨得皇帝宠爱，不时制造事端，尤其是在少数民族地区。他甚至设下毒计，以酒会的名义毒死少数民族的酋长，将其首级献给朝廷。天宝十年（751年），安禄山带领6万兵力讨伐契丹，但却被契丹和奚族联合击败，唐军几乎全军覆没。安禄山在撤退过程中丧失了所有的装备，最终仅带着二十骑逃脱。从此，唐朝在东北地区的军事行动陷入了被动，只能应对局势变化。

除了应对北方的少数民族，唐朝还需面对南方的民族问题。隋朝初期，云南和贵州一带的当地贵族大族已经建立了割据政权。虽然唐朝建立后在这些地区设立了地方政府，并派遣过“南宁州都督”等官员，但并未能有效地实施中央政府的直接管理，而是依赖于以乌蛮族为主的六个“诏”进行管理。每个“诏”都属于独立政权，但都臣服于唐朝。开元二十六年（738年），唐朝任命南诏首领皮逻阁为云南王，并帮助他统一了其余的五个诏。

然而，天宝年间，由于宰相杨国忠的权力集中，导致朝廷做出了许多错误决策，最终导致了唐朝与南诏的长期战争。这场战争的导火索是唐朝云南郡太守张虔陀侮辱了南诏统治者阁罗凤的妻女，结果被杀。唐军统帅鲜于仲通没有听从阁罗凤的道歉请求，反而试图全歼南诏的军队，并得到了杨国忠的支持。阁罗凤无奈之下投靠了吐蕃。此后，唐军在战斗中全军覆没，唐朝在西南的战线全面崩溃，南诏的割据局面得以维持。

长年的战斗使得百姓苦不堪言，诗人白居易在《新丰折臂翁》一诗中控诉了兵役带给民众的巨大痛苦：“……无何天宝大征兵，户有三丁点一丁。点得驱往何处去？五月万里云南行……应作云南望乡鬼，万人冢上哭呦呦……”在唐德宗时期，唐朝与南诏的关系一度得到缓和，但不久后又再次破裂。

南诏人民非常崇尚中原的文化，曾有上千名青年学者前往四川成都学习汉族文化。南诏的城市建筑模仿汉族风格，云南大理的崇圣寺千寻塔便是汉族工匠所设计并建造的。南诏时期流传下来的《南诏德化碑》和《崇圣寺钟铭》等石刻，均使用汉字书写。此外，南诏的诗歌也被收入《全唐诗》之中，显示出他们对汉文化的深刻影响。