唐朝于公元618年建立后，經過近百年的鞏固和發展，到唐玄宗李隆基在位的開元、天寶年間步入“盛唐時期”。這一時期，在政治秩序穩定、社會經濟繁榮推動下，國家藏書建設取得了顯著成果。

唐玄宗即位后，十分注意從歷史發展中汲取經驗與教訓。《舊唐書·玄宗本紀》載玄宗于“聽政之暇，常覽史籍”，特別重視“事關理道”的大環節、大問題。玄宗還明確認為“國之載籍，政之本源”，高度重視國家藏書建設。《舊唐書·經籍志》載，開元三年（715年）九月，玄宗與“更日侍讀”的左、右散騎常侍馬懷素和褚無量“言及經籍”，說“內庫皆是太宗、高宗先代舊書，常令宮人主掌，所有殘缺，未遑補緝，篇卷錯亂，難于檢閱，卿試為朕整比之”，提出了推進國家藏書建設的任務。為鄭重其事，玄宗頒《賜褚無量馬懷素詔》，詔命兩人負責具體實施，并提出了“令經史詳備”的目標。

在玄宗詔命下，大規模的圖書整理建設不久即開展實施。從有關史籍看，馬懷素和褚無量有著明確分工，又在元行沖、張說等人繼任期間得以持續推進并取得顯著成果。

馬懷素主持秘書省編目工程。據新舊《唐書·馬懷素傳》，馬懷素針對“秘書省典籍散落，條流無敘”的狀況，于開元五年（717年）十二月上書玄宗，建議在南齊目錄學家王儉所編《七志》基礎上，將南齊以后至開元時的典籍匯編入一部目錄著作中，以摸清當時國家藏書的實有情況。玄宗立即任命馬懷素為秘書省長官秘書監，并命國子博士尹知章、四門助教王直、直國子監趙玄默等20余人“分部撰次”，在馬懷素統籌之下分工協作。馬懷素還奏請玄宗以秘書少監盧俌、崔沔為修圖書副使，以秘書郎田可封、康子元為判官，完善了搜訪逸書、刊正經史和分部撰錄的工作機制。馬懷素于開元六年（718年）七月病逝，所主持的編目工程只進行了一年半的時間，雖“未能有所緒別”，但“粗創首尾”，功不可沒。開元七年（719年）七月，玄宗命元行沖接替馬懷素，繼續組織秘書省的編目工程。

褚無量主持乾元殿內庫書校寫工程。據新舊《唐書·褚無量傳》，褚無量針對“內庫舊書，自高宗時藏宮中，甲乙叢倒”的混亂現象，“建請繕錄補第，以廣秘籍”。開元五年十二月，玄宗詔命褚無量為專使，“于東都乾元殿東廂部匯整比”，著手繕錄校寫工作。褚無量還上書玄宗，以聞喜縣縣尉盧僎等4人“分部讎定”，分工協作。有關史籍記載表明，褚無量主持的東都乾元殿內庫書校寫工程，是把內庫藏書按甲、乙、丙、丁四庫，分庫上架排比、清理校刊。一年半之后，這一工程基本完成。開元六年八月，玄宗敕令“于秘書省、昭文館、禮部、國子監、太常及諸司官等，借寫及整比”，向乾元殿之外的藏書機構及國家官員“大加搜寫，廣采天下異本”，以補充內庫藏書。同時，選調秘書丞殷承業、右贊善大夫魏哲等7人為麗正院（乾元殿改名）修書學士，還制定了編目要求及細則，繼續推進內庫藏書校寫工程。開元八年（720年）正月，褚無量年老病逝，玄宗又命元行沖接替，繼續“整比群書”。

元行沖主持秘書省、麗正院編目校寫工程。元行沖先后接替馬懷素、褚無量后，將先前由馬、褚分工負責的秘書省、麗正院編目校寫工程合并在了一起。據《唐會要·集賢院》等史籍記載，開元八年十月，玄宗敕令：“學士等入經三年已上，為年深。若校理精勤，紕繆多正，及不詳覆，無所發明，委修書使錄奏，別加褒貶”。元行沖奉敕貶黜修書學士不合格者，把合格的秘書省原修書學士陸紹伯、馬利徵、毋煚、韋述等13人轉到麗正院，將秘書省的編目工程合并到麗正院。同時新選朝邑縣縣丞馮朝隱、冠氏縣縣尉權寅獻等7人為麗正院修書學士，將學士總人數增加到20人。元行沖進而按照“通撰古今書目”方法，依據麗正院實有藏書，有何書便著錄何書，對20位學士作了工作上的劃分，分別編目總輯、經部、史部、子部、集部。經學士們的集體努力，開元九年（721年）十一月，麗正院藏書的編目工程完成，修成“《群書目錄》二百卷，藏之內府”。開元十年（722年）九月，元行沖衰老罷職，玄宗命宰相張說繼掌麗正院藏書建設工作。

張說等人繼續主持內庫圖書建設工程。張說奉命接替元行沖后，以秘書監徐堅為副手，又以張悱“知圖書括訪異書使”。在編目工程完成后，特設專使，專門負責搜求購募異書珍本，以努力擴充圖書數量。與此同時，張說還奉命組織學士們進行重要著述的編纂。如《唐會要·集賢院》載，開元十二年（724年），玄宗命張說組織撰修《封禪儀注》，以應東封泰山之需。開元十三年（725年）四月，《封禪儀注》修成。為表彰學士們的功績，玄宗賜宴于集仙殿，改麗正院為集賢院，并設“十八學士”。張說病逝后，張九齡、蕭嵩、李林甫繼以宰相知集賢院事，繼續組織實施國家藏書建設。

國家藏書建設在開元、天寶年間取得了顯著成果，國家藏書總量蔚為大觀。宋朝歐陽修、宋祁編撰《新唐書》時，不禁贊嘆道：“藏書之盛，莫盛于開元，其著錄者，五萬三千九百一十五卷，而唐之學者自為之書者，又二萬八千四百六十九卷。嗚呼，可謂盛矣！”

玄宗朝整理撰修好的四庫書分藏京師長安和東都洛陽，均以質量上乘的益州麻紙書寫，在裝幀上均為卷軸裝，即宋朝歐陽修所謂“唐人藏書，皆作卷軸”。官修政典《唐六典》記載了當時四庫書的儲藏和裝幀情況——“四庫之書，兩京各一本，共一十二萬五千九百六十卷，皆以益州麻紙寫。其經庫書，鈿白牙軸，黃帶，紅牙簽；史庫書，鈿青牙軸，縹帶，綠牙簽；子庫書，雕紫檀軸，紫帶，碧牙簽；集庫書，綠牙軸，朱帶，白牙簽。以為分別。”其用紙之高標準和裝幀之考究，被現代學者譽稱達到了“絕妙的境地”。另有學者在研究后指出，玄宗朝用不同顏色的軸、帶、簽以別四庫書的做法，為清朝撰修《四庫全書》所沿襲發展，以綠、紅、蘭、淺灰四色封皮以別經、史、子、集部四庫。