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。