会昌二年（842）吐蕃王国发生内乱，势力大衰，在河西的统治也开始动摇。大中二年（848）沙州大族张议潮乘机率领各族人民起义，逐走吐蕃统治者，占振沙州和瓜州，遣使归降唐廷。以后，张议潮又陆续攻占了肃、甘、伊等州。大中五年，唐廷在沙州设归义军节度，授张议潮节度使、河西陇右十一州观察使。当时正值西北地区发生民族大变动之际，在以沙州为中心的张氏汉人政权周围活跃着吐蕃、回鹘、退浑、龙家、仲云等许多少数民族政权，从东、南、西三面对归义军构成威胁。而唐廷此时内部危机严重，无力顾及河西，不能给归义军以实际的支持。在归义军已控制的地区，由于吐蕃半个多世纪的管辖，也遗留下一系列社会问题亟待解决。面对这种复杂而又严峻的形势，张议潮及继任者张淮深首先是通过派要员入朝和不断进贡物品尽力求得唐王朝的承认和信任。同时在辖区内全面恢复唐制，废部落制，重建县乡里；重新登记人口、土地，按照唐制编制新的户籍，制定新的赋税制度；恢复唐朝服装，推行汉化。很快就使敦煌"人物风华，一同内地"。这两项措施迎合了沙州等地汉人怀恋大唐故国的心理，得到了他们的拥护和支持。对辖区内的少数民族，归义军政权采取区别对待的政策。已汉化者编入乡里，与汉人杂居。吐蕃化较深者部分继承吐蕃制度，仍用部落的形式进行统治，尊重他们的习俗。同时吸收少数民族头面人物参加政权。这些措施受到了少数民族的欢迎。对于具有强大政治、经济、社会势力的佛教，他们首先废除了吐蕃时期的僧官制度，恢复唐制。并通过削减寺产限制其依附人口的发展，通过"分都司"削弱了都僧统的政治经济权力，以后又通过控制僧官的任免权使沙州僧官逐渐依附于世俗政权。寺院依附人口的减少导致寺院经济衰落，一些原由寺户上役时从事的工作逐渐被各种租户和雇工所代替，以沙弥为代表的下层僧徒承担的劳务开始增多。高利贷收入在寺院收入构成中所占的比重明显增大。上述几方面措施的实行使归义军政权取得了内部的稳定，为其在河西站稳脚跟奠定了基础。张议潮曾率蕃汉军多次击退周边少数民族的侵扰，并不失时机地东征西讨。咸通二年（861）张议潮攻克吐蕃控制的河西重镇凉州。敦煌写本《敕河西节度兵部尚书张公德政之碑》称归义军收复的地区"内尽伊吾，东接灵武，得地四千余里，户口百万之众"，势力达于极盛。归义军的治所敦煌成为西北地区的政治中心。咸通八年，张议潮破召入长安，行前命其侄张淮深主持归义军军政事务。张淮深继续抗击回鹘的骚扰。在相当长一段时期内，保持了归义军辖区的安定。大顺元年（890）至乾宁三年（896），归义军内部接连发生政变。先是张淮深及其妻、子被杀，继而是索勋篡权，两年后嫁给李明振的张议期第十四女又与诸子合力除掉了索勋，最后是李氏家族倾覆，张议潮之孙张承奉重任归义军节度使。归义军的内乱给活动在其周边和辖区内的少数民族提供了可乘之机，甘州被回鹘攻占，占据肃州的龙家也不再听从归义军的号令。凉州因有甘、肃二州相隔，实际上亦脱离了归义军的控制。至九世纪末十世纪初时，归义军实际控制的已仅有瓜沙二州了。张承奉不甘坐守瓜沙，想用武力恢复归义军兴盛时的旧疆，并于开平四年（910）建立了"西汉金山国"，自称至文神武天子。连年的战争使瓜沙地区经济凋零，不少百姓家破人亡，境内"号哭之声不止，怨恨之气冲天"。失去人民支持的张承奉政权终于在开平五年被甘州回鹘击败，被迫认回鹘可汗为父，成为甘州回鹘政权的附庸。张氏归义军时期，对佛教寺院利用各种方式继续向社会各阶层发展势力，未加干预。归义军统治者还亲自参加设斋、造窟等佛事活动，并公开宣布保护寺院的财产和依附人口。禁止"倚形恃势之人，妄生侵夺"，致使僧尼人数进一步增加到一千一白人以上，在十七所寺院之外，又出现了不少兰若和私家佛堂。由于佛教势力在政治上已依附于归义军政权，所以其社会势力的发展对归义军政权有利无害。在沙州僧富的倡导下，沙州寺院和当地居民在举行佛教仪式、佛教活动时，大多要为归义军首领及其下属祈福或歌功颂德，这种情况在莫高窟的壁画中也有反映。由归义军节度使出资兴建的洞窟，窟中的供养人像往往不是一人一家，甚于祖宗三代、姻亲眷属都依次排列在一起，简直成了他们列序家谱、光耀门庭的家庙。在第156窟还出现了与佛教没有直接关系的规模巨大的张议潮夫妇出行图。乾化四年（914），沙州的另一个大族曹氏家族中的曹仁贵（后更名议金）取代了张承奉，恢复了归义军称号，此后归义军政权一直把持在曹氏家族手中。曹氏归义军政权吸取了张承奉失败的教训，他们努力改善与周边少数民族政权的关系，通过联姻等办法与甘州回鹘、西州回鹘、于阗等少数民族政权建立了在平等基础上友好往来的新关系，以图共存。同时积极恢复与中原王朝的统属关系，接受中原王朝的封号，奉中原正朔，利用旧日唐朝在各族人民心目中的声威，以求在西北各民族中树立自己的正统地位。对内则继续吸收瓜沙望族和少数民族头面人物参加归义军政权，以扩大政治基础。这些措施使曹氏归义军政权既得到了中原王朝和周边少数民族政权的承认，也得到了境内兵民的支持，使其能在五代、宋初复杂的民族关系中得以生存、发展。而且，河西西部与西域各绿洲王国间的友好往来及由此带来的相对安定的政治环境，还为密切中原王朝与这些地区的联系和中西交流提供了良好的条件。北宋建立以后，有很多僧人经由河西、敦煌前往天竺（印度）求法，他们在往返途中常在敦煌暂居。很多敦煌僧人或者随同这些返回的内地僧人或者随同东行的西域僧人，甚至混杂于西域各国商队和使团中频繁出入中原。敦煌与中原、西域联系的加强和各地僧人的频繁往来，促进了各地间佛教文化的交流。一方面敦煌不断向中原王朝乞求本地已欠损的佛经，那些往来于敦煌的僧人也不断把中原僧人的佛教著述和从印度、西域带来的佛典留在敦煌，同时也将一些敦煌独有的佛教典籍带到中原、西域。敦煌与中原、西域间的佛教文化交流为曹氏归义军时期佛教的继续兴盛提供了良好的外部条件。而曹氏历任节度使对佛教的支持和尊崇则为保持其繁荣创造了良好的内部环境。他们不仅把发展佛教、争取佛教势力的支持作为稳定社会、巩固政权的重要措施，还试图凭借高度发达的佛教文化来提高归义军政权在西北少数民族政权中的地位。在这样的背景下，敦煌的佛教继续保持着强大的势力。在沙州十七所大寺名籍上仍有一千多名僧尼。僧尼受到人们的尊崇，享有较高的社会地位。佛教在社会各阶层中仍有巨大的影响。当然，曹氏归义军政权也不是听凭佛教势力自由发展，他们不仅继续将沙州僧官牢牢控制在手中，而且还控制着佛教发展的导向。这一方面表现在几乎一切佛教活动仍要为节度使及其亲属的文治武功大唱赞歌，并为他们祈福；另一方面表现在他们着重支持发展敦煌的佛教文化和佛教艺术，努力把敦煌建设成为西北地区汉化佛教的中心。在他们的支持卜，敦煌的佛教在当时无论在藏经方面还是在佛学研究方面都代表了西北地区汉化佛教的最高水平，对西州和于阗佛教的发展都产生了直接影响。在发展佛教艺术方面，他们也是不遗余力，从曹议金到曹延禄，历任节度使都在莫高窟或榆林窟从事过新建或重修活动。在他们的带动下，归义军的各级官吏和很多百姓都参与了上述活动，从而把莫高窟建设成为西北地区佛教徒仰慕的圣地。受曹氏归义军政权控制佛教发展导向措施的影响，这一时期的专院经济继续衰落。寺院依附人口对寺院的依附关系日趋松弛。寺院的租佃制和出租加工业得到了进一步发展，下层僧徒所承担的劳务日益增多，高利贷收入成为寺院经济的主要支柱。寺院经济的进一步衰落迫使佛教势力更加依赖世俗政权的扶持。

　　曹延禄执政晚期，归义军再度与甘州回鹘发生战争，引起瓜沙民众的不满。咸平五年（1002），归义军内部发生兵变，曹延禄与其弟曹延瑞被迫自杀。延禄的族子曹宗寿在众人推举下掌握了归义军政权，宋廷遂任命曹宗寿为归义军节度使。战争和内乱使曹氏归义军政权迅速衰落，而沙州地区的回鹘势力在这一时期却得到了迅速发展，成为与归义军政权抗衡的重要力量。此时，归义军政权已不堪一击，任何外来的攻击和内部的骚乱都足以使其倾覆。这使得在归义军政权庇护下的沙州佛教势力感到极度恐慌。景德三年（1006），信奉伊斯兰教的黑韩王朝灭掉于阗佛教王国，这个消息很可能被沙州寺院从东逃的于阗人那里得知，在佛教像法灭尽思想的影响下，在穆斯林东进的威胁下，莫高窟的一些寺院将一些重要的经卷和佛像、幡画等集中起来，收藏在原来存放各寺剔除的经卷、外典、过时文书、旧幡画、佛像的洞窟中（今编号为第17窟），并将该窟洞口封闭起来，做了必要的掩饰。以后，由于当事人和知情者逐渐离开人世，藏经洞的情况也就不再为世人所知（关于藏经洞的封闭，学术界还有别的说法。参见"藏经洞"）。天禧四年（1020）和天圣元年（1023），曹贤顺曾两次向宋廷进贡物品。自天圣元年以后曹氏归义军政权从史籍中消失。根据相关材料推测，它可能是在天圣六年至景祐四年（1037）间被沙州回鹘所取代。