公元425年，北魏在今伊盟北部沿边一带设置沃野、怀朔、抚冥、柔玄、怀荒、武川六镇，统万城改为统万镇。在今准格尔旗黄河沿岸一带建立朔州，在今鄂托克前旗一带建立西安郡。以统万镇为中心设夏州，夏州下辖化政郡，该郡下辖革融县、岩绿县；熙部下辖山鹿县、新囶县；金明郡下辖永丰县、启宁县、广洛县；代名郡下辖呼酋县、渠搜县；灵州辖今鄂托克前旗一带，盐州大兴郡辖今鄂托克前旗南部一带，五原郡辖今鄂托克前旗城川一带，东夏州上郡沃野镇、悦跋城辖今鄂托克前旗西部一带。

公元525年，裁朔州，将朔州在今鄂尔多斯的地盘归入并州。

公元534年，北魏在今鄂尔多斯南部设夏州。

隋唐时期

公元589年，隋朝在今准格尔旗、达拉特旗、东胜区一带设榆林郡、下辖榆林县、富昌县、全河县；在今鸟审旗和鄂托克旗相邻地区设朔方郡，下设岩绿县、宁朔县、德静县、长泽县；在今达拉特旗和杭锦旗的部边沿设五原郡（公元585年曾在这里设丰州），下辖九原县、永丰县、安化县、大同城；在今鄂托克旗、鄂托克前旗沿黄河地区设灵武郡，下辖杯远县、灵武县、回乐县、弘静县、丰安县；在今鄂托克旗和鄂托克前旗一带设盐川郡，下辖五原县　

宋元时期

公元916年，辽在今准格尔旗、达拉特旗、东胜区、伊金霍洛旗 东部地区设振武军，废弃胜州。

公元929年，在今达拉特旗、准格尔旗北部置西南面招讨司（治天德军），下辖富民县、振武县；在今达 拉持旗西南部、东胜区东部置河清军；在今准格尔旗南部及东胜市 东部一带设全肃州；在今达拉特旗、准格尔旗东部设东胜州，下辖榆林县、河滨县；在今达拉特旗、准格尔旗北部设云内州，下辖柔服县、宁人县。五代十国时期，鄂尔多斯分别被党项羌人、灵武节度使（亦称朔方节度使或灵盐节度使）、振武节度使占领，并延续很长一段时间。

公元960年，北宋在今鄂尔多斯东部地区设麟州新秦郡，下辖新秦县；在今鄂尔多斯南部地区设夏州、宥州，在西南部设盐州。

公元1271年，元朝在今准格尔旗、达拉特旗东部、东胜区一带置中书省河东山西道宣慰司大同路云内州、东胜州；将乌审旗、鄂托克前旗南部划归陕西行省；鄂托克旗、鄂托克前旗西部划归甘肃行省；在乌审旗、鄂托克旗西部、杭锦旗南部、伊金霍洛旗南部、东胜市一带设察汗脑（皇室封地）。

明清时期

元朝灭亡之前，鄂尔多斯地区被元朝太傅、中书左丞相、河南王扩部帖木尔所占有。至明朝初期，扩部帖木尔被赶出鄂尔多斯，鄂尔多斯属明王朝派员管辖。但不久，故元势力和蒙古各部相继进入鄂尔多斯地区。在一个多世纪里，明王朝多次派军进攻，但始终未能如愿。后明朝在鄂尔多斯南部修筑长城，加设边关，将鄂尔多斯让给了蒙古军，并将阿拉坦汗加封为顺义王，两家关系才得以缓合。

公元1371年，明朝在今鄂尔多斯南部设察罕脑儿卫，在东胜北部设东胜卫。　

公元1649年（清顺治六年），清朝在蒙古地区按满洲八旗制度建立了由蒙古王公统治的盟旗制度，将当时河套地区的鄂尔多斯部落分为6个旗：鄂尔多斯左翼中旗（原郡王旗，后与扎萨克旗合并为伊金霍洛旗），方位在河套内正中近东，扎萨克驻敖西喜峰；鄂尔多斯左翼前旗（现准格尔旗），方位在河套内东北，扎萨克驻扎拉谷；鄂尔多斯左翼后旗（现达拉特旗），方位在河套内东北，扎萨克驻巴尔哈逊湖；鄂尔多斯右翼中旗(现鄂托克旗)，方位在河套内正西近南，扎萨克驻锡拉布里多诺尔；鄂尔多斯右翼前旗（现乌审旗），方位在河套内西南，扎萨克驻巴哈诺尔；鄂尔多斯右翼后旗（现杭锦旗），方位在河套内西北，扎萨克驻鄂尔吉虎诺尔河；后增设鄂尔多斯右翼前未旗（原扎萨克旗，后于郡王旗合并为伊金霍洛旗）。方位在河套内中西部，扎萨克驻忽鸡图希里。

公元1907年(光绪三十三年）清朝在鄂尔多斯左翼中旗（郡王旗）东部被开垦的地区设东胜厅。