В 651 г. арабы вышли к Аму-Дарье. К этому времени в Средней Азии существовало множество государств. Наиболее крупными из них были Согд, Хорезм, Тохаристан, Фергана и другие. Одни государства платили дань Западно-тюркскому каганату, другие китайскому императору, третьи сохраняли самостоятельность. Да и власть кагана и императора была лишь номинальной. Среднеазиатские государства переживали раннюю стадию развития феодального общества. Основная масса земледельцев находилась в зависимости от владельцев земли (дехкан). Население земледельческих оазисов выращивало пшеницу, ячмень, рис, просо, виноград, фрукты, разводило скот. Города были крупными ремесленными и торговыми центрами. Среднюю Азию за Аму-Дарьей арабы называли Мавераннахром («то, что за рекой») и периодически совершали грабительские набеги на ее города. В 70-х годах VII в. арабы вынудили Бухару платить дань и двинулись в сторону Самарканда. В этом походе арабские войска захватили большие богатства и около 30-ти тысяч пленных. По словам историка Бухары Наршахи, пленники сказали: «Он (арабский военачальник Саид ибн Осман) взял нас в рабство и дает нам тяжелую работу. Если мы погибнем в унижении, то, по крайней мере, погибнем с пользой». Они вошли во дворец Саида, закрыли двери и убили Саида, а сами покончили жизнь самоубийством».

В начале VIII в. при халифе Валиде I к завоеванию Мавераннахра приступил наместник Хорасана Кутейба. В 708 г. арабское войско осадило Пайкенд (в 40 км. от современной Бухары). Жители города заплатили дань и приняли арабский гарнизон. Но стоило Кутейбе двинуться дальше, пайкендцы перебили небольшой отряд, оставленный в городе. После вторичной осады, продолжавшейся целый месяц, город был вынужден сдаться. Арабам досталась огромная добыча: вес расплавленных золотых и серебряных сосудов составил 150 тысяч мискалей (золотников). Оружие и другие ценности, как сообщает арабский историк, никто не учитывал. Мятежный город был разрушен до основания, все мужчины перебиты, а женщины и дети проданы в рабство.

Кутейбе удалось преодолеть сопротивление богатой и хорошо укрепленной Бухары и покорить Хорезм. Отряды хорезмийцев и бухарцев были включены Кутейбой в войско, направленное на завоевание главного города Согда – Самарканда. Осада Самарканда началась в 712 г. Осадные машины арабов метали тяжелые камни в город, методически разрушая крепкие стены. Согдийцы попросили помощи у тюркского кагана, правителя Ферганы и государства Шаша, отправив к ним гонцов с посланием, в котором предупреждали, что если арабы овладеют Согдом, то и им этой участи не избежать. Отряды, посланные из Ферганы и Шаша, были перехвачены и разбиты. Самарканд пал. Согдийскому царю Гуреку пришлось заключить мир на тяжелых условиях. Согд обязался предоставить арабам 300 тысяч (по другим сведениям 100 тысяч) воинов и уплатить большую дань. Как и в Пайкенде, все золотые и серебряные вещи были расплавлены и слитки отправлены в Дамаск.

Покорение Самарканда стало крупнейшим успехом арабов. Вскоре завоевание значительной части Мавераннахра завершилось. К 716 г. халифат контролировал земли от Каспийского моря до границ Китая.