东晋元帝大兴四年（321年），陇西太守当勋、南安太守杨韬归降匈奴族刘曜建立的前赵（都长安），前凉主张茂（都姑藏，今武威）遣将陈珍率羌、氐之众击败前赵刘矅，克复南安郡隶于河州（治枹罕）。
东晋成帝咸和年间（326—334年），前凉主张骏尽有陇西郡地，派秦州刺史王翟镇守陇西，后陇西人李俨杀大姓彭姚，自立陇右。前凉主张玄靓（335—362年）遣牛霸讨伐李俨，陇西郡复归前凉，仍隶秦州。
氐族符健建秦（351—394年）都长安。东晋太和二年（367年），前秦主符坚遣蒋登率兵5万，夺取陇西、南安二郡，以要衡为陇西太守，祖珍为南安太守。
前秦置河州治枹罕，辖3郡：陇西郡治襄武，领3县；武始郡治狄道领1县、南安郡治原道，领3县。今定西地区地城为前秦所辖区。
匈奴族石勒建后赵（319—350）都襄国（治今河北邢台），置秦州，陇西、南安二郡辖于秦州。今定西地区地城为后赵所辖。
羌族姚苌建功立业后秦（公元384—417年），陇西、南安、武始3郡辖于雍州（治长安）。
鲜卑族乞伏国仁建西秦（385年—431年），都苑川（在今榆中境内）。置秦州（在今榆中境内），大夏、武始（治今临洮）、安固（治今临洮南部）、陇西（治今陇西）、南安（治今陇西东）等郡辖区于秦州，郡县时有兴废。今定西地区地域辖于秦州。
南北朝时期（420—589年）:今定西地区为北魏、北固统治地域之一。北魏武帝太平真君八年（447年），废中陶、禄部二县（均在今漳县、武山境内），地归襄武县辖。北魏孝文帝太和十年（846年），分全国为38州。今定西地区地域为秦州、河州二州的辖的。陇西郡，治襄武。领襄武、首阳（治今渭源）2县。南安阳郡治桓道领桓道、新兴（辖今陇西、漳县、武山部分地域）2县，此二郡辖于渭州。
武始郡，治勇田县，（在今临洮县北部）领勇田（太平真君八年即447年置）、狄道、阳素（在今临洮境内）3县。
临洮郡（太平真君六年即445年置治今岷县）领赤水（在今岷县境内梅川一带）、石门（北魏孝文帝太和九年即485年置；在今卓尼县石门乡）、龙城（太和十年即486年置，在今岷县西北古城一带）3县洪和郡（治今临潭）领水池（太平真君四年即447年置）、蕈州（北魏孝文帝延兴四年即474年置，北二县均在今卓尼与渭源交界的洮河流域）3县。此3郡辖于河州（治枹罕，今临夏）。
北魏孝庄帝建明元年（530年）置渭州，州治襄武（今陇西），所辖3郡：陇西郡领襄武、首阳（今渭源）2县；南安阳郡治桓道，领桓道（在今陇西东南）、中陶（在今漳县、武山境内）2县，广宁郡（在今漳县境内）领彰县、新兴2县（均在今漳县、武山境内）。今通渭、定西二县之地为北魏秦州的北部。
西魏时期（535年—557年），今定西地区为西魏的西南边疆，属3州4郡的辖地：河州治枹罕。辖区武始郡（治今临洮北），辖区相当今临洮定西一带。渭州辖陇西郡州郡并治襄武（今陇西），广宁郡（治今漳县境内）辖区相当于今陇西、通渭、漳县一带。西魏文帝大统十年（544年）置岷州并同和郡改原临洮县为溢乐县，州郡同治于溢乐县（今岷县），因境内有岷山，故名岷州。辖区相当规模于今岷县、宕昌一带。大统十五年（551年）改首阳为渭源县，境内曾设置渭源郡，隋开皇三年（583年）罢。
北周时期（557—580年），在今定西地区的建置基本因袭西魏旧制。
河州辖武始郡，领狄道县。渭州辖2郡：陇西郡领襄武、渭源2县；南安郡领彰县及原桓道县地（今陇西县东部）。岷州辖5郡：同和郡领溢乐、水池2县；川郡领基城县；洪和郡领当夷县；博陵领博夷、宁人2县；洮城郡领和政县。在今通渭县境内设交州，辖安阳郡，领安阳、乌水2县。
隋朝时期（581—907年）:隋朝（581—618年），今定西地区为陇西、会宁、金城、临洮4郡辖地。
隋文帝开皇三年（583年）罢陇西、临洮、渭源3郡。炀帝大业三年（607年）废渭州、岷州，复置陇西、临洮2郡。陇西郡治襄武（今陇西），领襄武、陇西、鄣县、渭源、长川（治今秦安县北）5县，今通渭县地为陇西郡长川县辖地。今定西县为会宁郡辖地。狄道县（今临洮）辖于金城郡（今兰州），改西魏溢乐县复为临洮县（今岷县）辖于临洮郡。
隋文帝开皇三年（583年）废原南安郡，移武阳县属渭州，开皇八年（588年）改武阳县为陇西县。隋恭帝义宁二年（618年）改临洮郡置岷州，复溢乐县名并为州治。于岷州境内置和政、当夷2县。
唐朝时期（618年）得置渭州，治襄武，襄武领陇西、渭源、鄣县4县。今通渭、定西二县为渭州北部地域。唐玄宗于宝初年（742—751年）划兰州属狄道县，置临州，治狄道，并置安（长）乐县（在今临洮、康乐境内）。天宝元年（742年）改随置岷州为和政郡。肃宗乾元元后（758年）复置岷州，领溢乐（今岷县）、右川、和政（均在今岷县境内）3县。
玄宗天宝十四年（755年）“安史之乱”后，吐蕃势力渐强，乘机侵入陇右。肃宗上元二年（761年）吐蕃攻陷岷州；代宗宝应元年至二年（762—763年）临州、渭州相继陷于吐蕃。在300多年的历史时期今定西地区为吐蕃占据，直至北宋中期“熙河之役”期间复归中央王朝统属。
宋、金时期（960—1234年）: 　　北宋时期（960—1127年）实行路、府（州、军、监）县三级建置，县下辖有城、寨、堡。县、寨时有升降；寨、堡时有升降及罢废。