除根本性兵制革新外，玄宗配套出台多项强军举措，全方位整饬边防军备。他专门颁布《练兵诏》，严令西北沿线各大军镇扩增兵额，加大日常训练强度，整肃散漫军纪，打磨边军实战能力；同时委任心腹王毛仲担任内外闲厩使，全权统筹全国官营马场，专门负责战马的牧养、调配与补给，大量繁育良种军马，及时填补军中战马缺口，解决了此前边军缺马、机动乏力的短板，大幅提升骑兵作战实力。粮草供给是边防长久存续的命脉，为彻底化解边军粮草转运艰难、供给不足的难题，玄宗下令大幅拓广屯田规模，在河西、陇右等西北边境，以及黄河以北河套、代北一带广开军屯，令戍边士兵战时出征、闲时务农，就地开垦耕种，粮食就地仓储，极大减轻了内地长途转运军粮的财政消耗，边镇粮草储备常年充盈。
军政筹备完备之后，唐军顺势展开全面收复疆土的行动。东北部率先收复沦陷已久的营州等辽西重镇，稳定辽东边防线；长城以北的回纥各部见大唐军力复振，主动废除自立的割据称号，重新归顺大唐版图。荒废多年的安北都护府得以重建，朝廷再度完整掌控漠南、漠北广袤草原，恢复对长城以北游牧部族的管辖治理。
西域疆土的收复与经营则分为前后两个关键阶段：第一步是出兵收复战略要地碎叶镇，重新掌控天山北路交通咽喉，遏制西突厥残余势力；第二步依托稳固的军事据点，疏通、重建中断多年的陆上丝绸之路，保障商旅使团往来畅通。自此大唐在西域的军事威慑、政治威望再度达到顶峰，天山南北诸国重新臣服于唐。
时至开元末年、天宝年间，玄宗为精细化管控漫长边境防线，正式划分设立十大固定节度使军镇。北方边防布局八大军区：平卢、范阳、河东、朔方、陇右、河西、安西四镇、北庭伊西；再加上西南剑南、岭南两大军镇，合称十节度，成为长期固定的边防军区体系。节度使赴任之时，朝廷赐予双旌双节，赋予其战时先斩后奏的独立军事处置权；出行之时仪仗盛大，军营门前树立六面大旗，威仪隆重，权势赫赫。
制度设计上，节度使一身总揽辖区内军事指挥、民政管理、财赋征收三项大权，军政财政大权高度集中；朝廷又时常令一人兼领两至三镇节度，能力出众者甚至统辖四镇兵马。其手中军政实权之厚重，远超魏晋时期仅掌兵权的持节都督，世人统称此类军镇为“节镇”。
节度使集多重权柄于一身、重兵悉数屯驻边境，内地州县守备兵力空虚，由此形成“外重内轻”极端失衡的军事格局。边境手握雄兵的藩镇实力远胜中央禁军，朝廷对边疆将帅的制衡力量持续衰弱，隐患日积月累，最终在天宝末年爆发安禄山、史思明发动的安史之乱，大唐盛世自此由盛转衰，埋下中晚唐藩镇割据百年动荡的伏笔。