太子李瑛被赐死之后，李林甫屡次劝说玄宗立寿王李瑁为太子。玄宗认为忠王李玙年纪最大，而且仁爱孝顺、恭敬谨慎，又喜爱学习，心里想要立他为太子，却犹豫了一年多都没有下定决心。玄宗想到自己年纪渐渐大了，三个儿子同一天被诛杀，皇位继承人还没有确定，常常闷闷不乐，连睡觉吃饭都减少了。高力士趁机询问其中的缘故，玄宗说：“你是我家的老仆人，难道还揣摩不透我的心意吗！”高力士说：“莫非是因为太子的人选还没有确定吗？”玄宗说：“是啊。”高力士回答说：“陛下何必如此劳神费心，只需按照年纪长幼来确立太子，谁敢再争夺呢！”玄宗说：“你说得对！你说得对！”因此太子的人选才最终确定下来。六月庚子日，玄宗立李玙为太子。
辛丑日，玄宗任命岐州刺史萧炅为河西节度使，总管留后事务；任命鄯州都督杜希望为陇右节度使；任命太仆卿王昱为剑南节度使，让他们兵分几路筹划经略吐蕃，同时下令拆毁当初与吐蕃在赤岭所立的界碑。
突骑施可汗苏禄，向来清廉节俭，每次作战所缴获的财物，都会与各个部落瓜分，自己不留私产，因此部众都乐于为他所用。苏禄已经娶了唐朝的公主，又暗中与突厥、吐蕃勾结，突厥和吐蕃也各自将女儿嫁给了他。苏禄将这三国的公主都封为可敦，又立自己的几个儿子为叶护，开支逐渐增多，从此作战缴获的财物，就不再分给各个部落了。苏禄晚年患上了中风病，一只手蜷曲不能伸直，各个部落也因此离心离德。酋长莫贺达干、都摩度所统领的两个部落最为强大，突骑施的部落又分为黄姓和黑姓，两姓之间互相抵触不和，于是莫贺达干率领士兵在夜间突袭苏禄，将他杀死。都摩度起初与莫贺达干合谋，不久之后又与他反目，拥立苏禄的儿子骨啜为吐火仙可汗，来收拢苏禄的残余部众，与莫贺达干相互攻打。莫贺达干派使者向碛西节度使盖嘉运禀报情况，玄宗命令盖嘉运招抚召集突骑施、拔汗那以西的各国；吐火仙与都摩度占据碎叶城，黑姓可汗尔微特勒占据怛逻斯城，他们联合出兵抵御唐朝军队。
太子即将接受册封的诏命，仪式流程中有“中严”“外办”的号令以及太子穿戴绛纱袍的环节，太子认为这些名号和服饰与皇帝所用的相同，上表请求更改。左丞相裴耀卿上奏，请求取消“中严”的号令，将“外办”改为“外备”，将绛纱袍改为朱明服。秋季，七月己巳日，玄宗亲临宣政殿，册封太子。按照旧例，太子要乘坐辂车到达殿门。到这时候，太子没有乘坐辂车，而是从自己的东宫步行走到宣政殿。当天，朝廷大赦天下。己卯日，玄宗册封忠王妃韦氏为太子妃。
小主，
杜希望率领鄯州的军队攻占了吐蕃的河桥，在黄河左岸修筑盐泉城，吐蕃出动三万军队迎战，杜希望的兵力较少，难以抵挡，军中将士都感到恐惧。左威卫郎将王忠嗣率领自己的部下率先向吐蕃军阵发起进攻，所到之处敌军纷纷败退，斩杀敌军数百人，吐蕃军阵大乱。杜希望趁机指挥大军出击，吐蕃军队于是大败。朝廷在盐泉城设置镇西军。王忠嗣凭借战功升任左金吾将军。
八月辛巳日，勃海王大武艺去世，他的儿子大钦茂继位。
九月丙申朔日，发生日食。
起初，唐高宗仪凤年间，吐蕃攻陷安戎城并占据了它，安戎城地势险要，唐朝屡次出兵攻打，都没能攻克。剑南节度使王昱在安戎城旁边修筑了两座城池，驻军在蒲婆岭下，运送物资粮草逼近安戎城。吐蕃出动大军援救安戎城，王昱的军队大败，数千人战死。王昱脱身逃走，军用物资粮草全部丢弃。玄宗将王昱贬为括州刺史，后来又再次贬为高要县尉，王昱最终死在那里。
戊午日，玄宗册封南诏首领蒙归义为云南王。
蒙归义的祖先原本是哀牢夷人，居住地在姚州以西，东南与交趾接壤，西北与吐蕃相邻。蛮人把国王称为诏，原先有六个诏：蒙舍诏、蒙越诏、越析诏、浪穹诏、样备诏、越澹诏，六诏兵力相当，谁也不能统一其他五诏；历代朝廷都借此来分化他们的势力。蒙舍诏地处最南边，所以被称为南诏。唐高宗时期，蒙舍诏的首领细奴逻首次入朝觐见。细奴逻生下逻盛，逻盛生下盛逻皮，盛逻皮生下皮逻阁。皮逻阁逐渐强大起来，而其他五诏则日渐衰弱；恰逢皮逻阁立下击败渳河蛮的功劳，于是他贿赂王昱，请求朝廷将六诏合并为一诏。王昱为他向朝廷上奏请求，朝廷准许了，还赐名归义。从此以后，皮逻阁用武力威胁降服各个蛮族部落，有不听从的就将其消灭，接着又击败了吐蕃，将都城迁到大和城；他的后代最终成为唐朝的边境祸患。
冬季，十月戊寅日，玄宗前往骊山温泉；壬辰日，返回宫中。
这一年，朝廷在西京长安与东都洛阳之间的往来道路上，修建了一千多间行宫。
朝廷从左、右羽林军中分出部分兵力设置龙武军，将万骑营隶属于龙武军。润州刺史齐澣上奏说：“以往从瓜步渡江，路程迂回绕远六十里。请求从京口埭直接渡江，开凿一条二十五里长的伊娄河，直达扬子县，并修建伊娄埭。”玄宗采纳了他的建议。
开元二十七年，公元739年春季，正月壬寅日，玄宗命令陇右节度大使荣王李琬亲自前往本道巡视检查，处置各军事务，招募关内、河东地区的壮士三五万人，前往陇右地区防御吐蕃，到秋末如果没有敌军入侵，就允许他们返回故乡。
文武百官请求为玄宗加尊号为圣文皇帝；二月己巳日，玄宗准许了，于是大赦天下，免除百姓今年的田租。
夏季，四月癸酉日，玄宗下诏：“各种阴阳占卜方术，除了用于婚嫁丧葬选择吉日之外，其余的一律禁止。”己丑日，玄宗任命牛仙客为兵部尚书兼侍中，任命李林甫为吏部尚书兼中书令，让他们总管文武官员的选拔事务。
六月癸酉日，玄宗任命御史大夫李适之兼任幽州节度使。
幽州将领赵堪、白真陁罗伪造节度使张守珪的命令，派平卢军使乌知义在横水以北截击反叛的奚族残余部众；乌知义不肯听从命令，白真陁罗又伪造皇帝的敕令来逼迫他。乌知义迫不得已出兵，与奚族军队遭遇，先胜后败；张守珪隐瞒了战败的实情，向朝廷上报获胜的消息。事情渐渐泄露出去，玄宗命令内谒者监牛仙童前去调查核实。张守珪用重金贿赂牛仙童，把战败的罪责推到白真陁罗身上，逼迫他上吊自杀。牛仙童深得玄宗的宠幸，其他宦官都嫉妒他，于是一同揭发了这件事。玄宗大怒，甲戌日，命令杨思勖用杖刑处死牛仙童。杨思勖把牛仙童绑在木架上，打了数百杖，又挖出他的心，割下他的肉吃掉。张守珪因罪被贬为括州刺史。太子太师萧嵩曾经贿赂牛仙童，送给他城南的几顷良田，李林甫揭发了这件事，萧嵩因此被贬为青州刺史。
秋季，八月乙亥日，碛西节度使盖嘉运擒获突骑施可汗吐火仙。盖嘉运率军攻打碎叶城，吐火仙出城迎战，战败逃走，盖嘉运在贺逻岭将他擒获。盖嘉运又分别派遣疏勒镇守使夫蒙灵察与拔汗那王阿悉烂达干暗中率军突袭怛逻斯城，擒获黑姓可汗尔微，接着又攻入曳建城，俘获交河公主，将数万披散着头发的百姓全部交给拔汗那王，唐朝的声威震动了西部边陲。
壬午日，吐蕃侵扰白草军、安人军等地，陇右节度使萧炅率军将其击败。
甲申日，玄宗追赠孔子谥号为文宣王。此前，祭祀先圣先师时，周公的神位面朝南，孔子的神位面朝东。玄宗下诏规定：“从今以后孔子的神位面朝南，穿戴帝王的服饰，举行释奠礼时使用宫悬之乐。”又追赠孔子的弟子们为公、侯、伯的爵位。
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九月戊午日，原先隶属于突骑施的处木昆、鼠尼施、弓月等部落，全都率领部众归附唐朝，还请求迁徙到安西都护府的管辖范围内居住。
太子李玙改名为李绍。