公元1227年，蒙古大軍攻占西夏全境，順勢拿下湟水流域的青唐城，這片水草豐美的谷地被劃定為西北重要軍事緩沖地帶。當時蒙古帝國已經完成多輪西征，征服中亞、波斯、阿拉伯大片區域，當地青壯年、工匠、醫者、宗教學者被統一征集，編入探馬赤軍序列，作為先鋒部隊奔赴各地鎮守新征服疆域。

探馬赤軍遵循“上馬備戰、下馬耕牧”的管理規則，和平時期就地開墾荒地、放養牲畜，戰時集結奔赴前線，隨軍家屬被稱作奧魯，跟隨部隊一同遷徙定居，這一套制度直接改變了河湟原本的人口結構。

早期進駐湟水谷地的探馬赤軍并非一次性全部抵達，而是分批次調防，第一批駐軍以守備部隊為主，駐扎在青唐城內與城外平坦的南川、北川平地，負責管控通往河西走廊、洮州、貴德的道路關口，防止邊境部族沖突。

在此之前，湟水兩岸的居民以吐蕃、黨項、少量遷徙漢人為主，零星往來的西域商人只是臨時過客，沒有固定居所與長期耕地，探馬赤軍到來后，官府按照村落形制劃分屯駐地塊，同一支軍隊的家屬集中居住，慢慢形成連片聚落。駐守青唐城東關一帶的軍士多是西域商賈出身，擅長長途貿易，他們依托青唐道舊商路，一邊務農一邊經營茶馬、皮毛、珠玉生意，這里也自然成為最早成型的聚居區。

至元十年，元世祖忽必烈正式下達政令，全國范圍內戍守各地的探馬赤軍“隨處入社”，編入地方鄉里戶籍，不再單純隸屬軍事編制，意味著大批軍士徹底脫離軍籍，轉為普通百姓，永久落戶當地。

駐扎河湟的探馬赤軍人員構成十分復雜，主體是中亞撒馬爾罕、布哈拉、于闐等地各族青壯年，還有部分波斯、阿拉伯隨軍宗教師、醫者，另外包含少量歸附蒙古的中原義軍編入的兵員。這批人統一被元代官方稱作色目人，信仰一致，日常習俗相近，在集體屯墾生活中自然抱團生活。

官府劃定的屯居地塊多集中在水源充足的湟水支流兩岸，也就是今天西寧東關、北關，湟中魯沙爾、多巴，平安洪水泉，民和米拉溝一帶，每一處屯兵點都聚集數十至數百戶軍民，房屋連片，形成完整生活聚落，和宋代零散商旅臨時歇腳的狀態完全不同。

隨著聚居人口持續增多，宗教活動的需求逐步顯現。駐扎青唐東關的軍民自發搭建簡易禮拜場所，也就是后世西寧東關清真大寺最早的雛形，這處簡陋的宗教建筑，依托探馬赤軍聚居人群持續維持活動，是湟水谷地第一處固定宗教活動場地。

西域來的宗教學者沿著屯墾村落游走，在各個聚居點講解經典，安撫軍民，其中巴格達先賢固土布·然巴尼·爾布都熱海曼長途途經河西來到西寧，長期在南山一帶修行講學，往來于各個探馬赤軍村落，深受當地軍民敬重，他去世后，眾人在南山修建陵墓，也就是如今西寧鳳凰山拱北，這座拱北從元代留存至今，是探馬赤軍時期穆斯林聚居、宗教活動最直接的實物佐證。

元代宗室西寧王速來蠻鎮守湟水流域期間，對當地探馬赤軍聚居民眾多有扶持。速來蠻自身信奉伊斯蘭教，麾下部眾中大量是隨探馬赤軍定居的西域軍民，他專門劃撥草場、農田供給各個聚居村落，還出資完善各地宗教場所，邀請各地經學人士前來西寧講學。

在他的支持下，湟水谷地各個回民聚落之間往來更加頻繁，商貿互通、婚俗往來不斷，原本分散的屯兵村落連成一片，形成覆蓋湟水干流南北的大范圍聚居帶。速來蠻家族世代駐守西寧，前后延續四代，幾十年間持續維護當地軍民生產生活秩序，讓探馬赤軍建立的聚居格局穩定延續，沒有因軍事調防出現人口離散。

同一時期，除西寧主城周邊外，探馬赤軍分駐的外圍據點也陸續形成小型回民村落。化隆甘都地處黃河北岸，扼守通往循化的要道，一批探馬赤軍官兵在此屯墾戍邊，修建民居與禮拜場所，當地元至治三年修建的阿河灘清真寺，便是這批駐軍及家屬修建，建筑完整保留元明時期營造風格，能夠佐證元代這里已經形成穩定穆斯林聚居村落；民和米拉溝水草充足，大批軍士在此放牧開荒，當地冶姓族群先祖，便是元代隨軍官員，長期管理屯墾事務，家族世代定居米拉溝，發展為當地大族；大通北川、湟源峽口等地的駐軍村落規模偏小，但同樣形成固定居住點，各族民眾在此混居生活。

探馬赤軍軍民長期與本地吐蕃、蒙古、漢族百姓比鄰而居，日常交往十分頻繁。高原農耕、放牧經驗相互交流，不同族群之間通婚日漸普遍，部分蒙古部落民眾受周邊聚居人群影響，改變原有信仰，融入回民聚落；當地吐蕃農戶與屯墾軍民交換糧食、皮毛，民間商貿集市在各個屯村路口自發形成，多元融合的生活圖景在元代湟水谷地全面鋪開。宋代青唐城僅有零散西域客商，不存在跨族群長期混居的條件，元代探馬赤軍帶來數萬定居人口，持續百年的混居交融，直接奠定河湟多民族共生的基礎。

元代中后期，邊境戰事減少，大部分探馬赤軍無需再長途調防，子孫世代在湟水谷地出生成長，原本來自中亞、西域的外來軍民，慢慢轉變為土生土長的本地居民，不再以“軍士”身份自居，依靠農田、草場、手工業、商貿維持生計，聚落的軍事屬性徹底褪去，轉變為普通民間村鎮。這些村落有固定耕地、水源、集市、宗教場所，具備完整自給自足的生活體系，是河湟歷史上第一批成熟回民聚居區。