К середине 8 в. Средняя Азия была завоёвана Арабским халифатом. Арабское завоевание сопровождалось насильственной исламизацией населения. Народы Средней Азии оказывали завоевателям мужественное сопротивление. В 720—722 произошло крупное антиарабское вооружённое выступление в Согде, во 2-й половине 20-х гг. и в 734—737 — в Согде, Хорасане и на др. территории, в 747—750 — массовое восстание под предводительством Абу Муслима , приведшее к падению династии Омейядов и приходу к власти Аббасидов . В 755 вспыхнули восстания во главе с Сумбадом и Исхаком, в 776 — крупное Муканны восстание . Центром движения был Мавераннахр . Восставших поддерживали кочевые тюркские племена. В 801—802 происходило восстание Абул-Хасиба, а в 806 в Согде — Рафи ибн Лейса восстание , направленное против Халифата и носившее антифеодальный характер. Арабское завоевание объективно сыграло определённую положительную роль в развитии производительных сил Средней Азии. Росли города, особенно Самарканд, Бинкент (Ташкент ), Термез , Бухара. Расширялись масштабы торговли (в том числе караванной) и ремесленного производства, усилился обмен между городским и сельским населением, между земледельцами и кочевниками. Включение Средней Азии в Халифат способствовало преодолению феодальной раздробленности, развитию экономических и культурных связей с народами Передней Азии.
В 9 в. на территории Средней Азии образовалось Саманидов государство . Его наиболее развитой областью была территория современного У., особенно долина Зеравшана. Города и отдельные сельские районы (Самарканд, Бухара, Термез, область Шаш и др.) превращались в крупные с.-х., ремесленно-торговые и культурные центры. Самарканд славился далеко за пределами Средней Азии производством высококачественной бумаги и стекла. Значительная роль в хозяйственной жизни играл Хорезм. Кожа, ткани, шёлк, шерсть, одежда, скот и многие др. товары вывозились в страны Восточной Европы, Китай и др. Крупные землевладельцы Мавераннахра обычно делили свою землю на мелкие участки и сдавали их в аренду безземельным и малоземельным крестьянам-издольщикам. Кроме того, крестьяне платили огромные налоги феодальным правителям. Крестьянские восстания постоянно потрясали Саманидское государство.
Формирование узбекской народности охватывает длительный период. Проникновение тюрков в Согд, Мавераннахр и на др. территории и оседание их там происходило уже в 6—9 вв. и сопровождалось как ассимиляцией их с коренным населением, так и преобладанием тюркских элементов (в 8 в. в Фергане были сильны карлукские элементы, а в Шаше — огузские). Одновременно земледельцы-согдийцы, проникшие на территорию Семиречья, населённую по преимуществу тюрками-кочевниками, постепенно утрачивали свой язык, перенимая тюркскую речь.
В конце 10 в. на территории Семиречья из различных тюркских племён — карлуков, чигилей, аргу, ягма и др. — образовалось Караханидов государство . Его вожди богра-хан Харун ибн Муса ибн Сатук и Наср I завоевали Мавераннахр (992— 999); государство Саманидов распалось. На его месте помимо государства Караханидов возникли Хорезм, а к Ю. от Амударьи — государство Газневидов . В конце 12 в. Хорезм усилился и подчинил большую часть территории Средней Азии. К 11—12 вв. в основном завершился процесс формирования тюркоязычной узбекской народности.
К 13 в. хорезмшах Мухаммед II Ала-ад-Дин разгромил каракитаев, присоединил к Хорезму земли Средней Азии и Южного Казахстана. В 1219 во владения хорезм-шаха вторглись монголо-татарские войска Чингисхана . Народные массы оказывали упорное сопротивление захватчикам (борьба жителей Ходжента, под руководством Тимур-Мелика и др.). Но большинство феодалов без сопротивления подчинилось монголо-татарам и пострадало от нашествия значительно меньше, чем др. слои населения. К 1221 вся Средняя Азия была завоёвана монголо-татарами и отдана Чингисханом в 1224 второму его сыну Джагатаю . Фактически же правителем стал монгольский наместник купец из Хорезма Махмуд Ялавач. Монголо-татары правили завоёванными землями, опираясь на феодальную верхушку и мусульманское духовенство. Народ испытывал двойной гнёт — монголо-татарских и местных феодалов. В 1238 в Бухаре вспыхнуло крупное восстание против монголов под руководством Махмуда Тараби , которое было жестоко подавлено. Во 2-й половине 14 в. Тимур (1336—1405) создал могущественную империю, ядром которой стал Мавераннахр со столицей в Самарканде. Захватническая политика Тимура ложилась тяжёлым бременем на плечи народов Мавераннахра и др. Феодальные отношения в Средней Азии при Тимуре достигли наибольшего развития. После его смерти начался период феодальных смут. Держава Тимура распалась фактически на 2 государства, представлявшие собой объединения феодальных владений: одно в Хорасане с центром в Герате, где правил (1409—47) сын Тимура Шахрух , другое в Мавераннахре с центром в Самарканде, где правил (1409—49) сын Шахруха — Улугбек . Улугбек поощрял развитие ремёсел и торговли, уделял большое внимание наукам и культуре и вошёл в историю как один из выдающихся учёных средневековья. Просветительская деятельность Улугбека вызывала ненависть мусульманских священнослужителей. После гибели Улугбека его государство распалось на независимые, враждовавшие между собой владения. Объединение государства, предпринятое при Тимуридах Абу-Саиде (правил в 1451—69) и Султан-Хусейне (правил в 1469—1506), было номинальным. Во 2-й половине 15 в. в Герате жил и творил величайший узбекский поэт, основоположник узбекской классической литературы, крупный учёный и мыслитель, политический деятель Алишер Навои . Художественное творчество и прогрессивная общественная деятельность Навои оказали огромное влияние на дальнейшее развитие культуры Узбекистана и др. народов средневекового Востока.