三國曹魏文帝黃初元年（220）改京兆尹為京兆郡。黃初二年（221）封皇子禮為秦公，以京兆郡為秦國，黃初三年又改名為京兆國。魏明帝青龍三年（235）封皇子洵為秦王，改京兆國為秦國。齊王（曹芳）正始五年（244）改為京兆郡，今西安市屬５縣，除周至、戶縣外，均在轄區(qū)內(nèi)。西晉時仍置京兆郡于長安，轄區(qū)較三國魏時縮小。

十六國南北朝時期前趙、前秦和后秦、西魏、北周相繼建都長安（后秦稱常安），均在此設(shè)置京兆郡（或尹）。隋唐兩代均都長安，另建新城。隋稱大興城。唐高宗永徽四年（653）改名長安城。在長安城周圍的京畿地區(qū)，隋唐均設(shè)京兆尹（郡、府）或雍州，作為郡級建制以統(tǒng)長安、大興（唐改為萬年）等20余縣。唐以后，長安城不復(fù)為都，發(fā)展受到一定影響，但仍不失為一個重要的地方性都會。

天元年（904），韓建為佑國軍節(jié)度使鎮(zhèn)守長安，廢宮城和外郭城，重修子城（皇城），南閉朱雀門，又閉延禧門、安福門，北開玄武門，是為五代、宋、元時的長安城。后梁開平元年（907），改京兆府為雍州，后又改為大安府。后唐同光元年復(fù)為京兆府。后晉、后漢、后周一直沿用，轄有長安、萬年等10余縣。北宋時的長安城，人口減少，已失往日風(fēng)采。