成吉思汗二十二年(1227年)，蒙古军队攻破沙州，沙州从此受蒙古统治，一直到北元宣光三年(1372年)为止，共140多年。蒙古很重视对瓜沙地区的统治，最初沙州隶属八都大王，1280年，升沙州为沙州路总管府，并兴屯田，修城池。1314年，元朝改立瓜州屯储总管府。
蒙古统治者也笃信佛教。蒙古太宗十年(1244年)，西凉的廓丹大王迎请西藏萨迦派的法师萨迦班积达(意即萨迦教派的大博士，后简称萨班)到西凉传法，他的侄儿八思巴随行。两年以后，元世祖忽必烈仰慕萨班，欲邀他入朝，但萨班已逝世，廓丹大王只好把八思巴推荐给忽必烈，八思巴到元大都(今北京)后传授欢喜金刚灌顶。
26岁时，他被忽必烈封为帝师。从此萨遵派的金刚乘就流行全国。
与此派相应发展起来的密宗佛教艺术，除西藏外，要数河西流行较早。因此，莫高窟现存的元朝艺术除去西夏流传下来的汉密画派(如第3窟和第6l窟甬道)之外，只有风格迥异的金刚乘藏密画派(如第465窟)。
现存蒙古、元朝时期的石窟有：第1、2、3、95、149、462、463、464、465、477窟。