公元四世纪末至六世纪中叶，龟兹佛教又进入一个转折时期，小乘佛教再次迅速抬头，大乘佛教则呈现衰弱的状况，并逐渐形成以龟兹为中心的小乘说一切有部，最终形成小乘佛教占据统治地位的局面。

形成这种局面的原因是复杂的。直接的原因是鸠摩罗什离开龟兹以后，大乘佛教必然受到冲击，一大批大乘高僧陆续奔赴鸠摩罗什处，因此，无法抗衡小乘佛教徒的优势。但是，更为重要的原因，大约还是龟兹地区的小乘说一切有部历来就占据优势的缘故。就是在大乘佛教发展到相当发达阶段，龟兹的小乘佛教也仍有相当大的势力。龟兹地区的许多寺院实际上还是控制在小乘大师们的手中。况且大乘佛教在龟兹地区广泛流传时间不长，并没有获得广泛的群众基础。

小乘佛教重新占据龟兹地区后，大肆排挤大乘佛教。到玄奘来此时，龟兹已成为纯粹的小乘佛教国。把大乘《瑜伽论》视为邪见之书，并说真佛弟子，不学是也。龟兹国王对于大乘佛教的玄奘不吃三净肉而深感怪异。公元695年前后，龟兹国中唯习小乘，不知释迦分化百亿，现种种身云，示新境界，不信《华严》大经。公元727年，经过龟兹的慧超也说：此龟兹国足寺足僧，行小乘法，吃肉及葱韭等也。

龟兹小乘佛教复行，兴修佛寺至百余所，并出现了一些名刹大寺，云集不少高僧；同时，还常在城西门外立像处举行盛大法会，举国僧徒皆来会集，佛教之盛达到空前的程度。直到唐代安西都护府迁至龟兹，受中土佛教思想的强大影响，龟兹佛教才由小乘佛教转大乘。从龟兹石窟壁画中，直到晚期才绘有大量菩萨形象，如克孜尔118窟之十地菩萨，左右协侍菩萨，135窟中的立菩萨；库木吐拉新1窟中的十一身脚踩莲花的菩萨；新2窟中十三身珠光宝气的菩萨等等。此外，还出现了西方净土变、药师变、弥勒变以及千佛像，都说明龟兹地区的大乘佛教大约在公元八世纪中叶又开始得到流行。