秦昭襄王二十八年至三十五年（公元前279年至前272年）始置陇西郡，郡治狄道（《水经注》、《后汉书•西羌传》）。狄道即今临洮县，今定西地区全境均辖于陇西郡。陇西郡因其郡治位于“陇水”、“陇坻”之西，故名“陇西”（《水经注》并引东汉应劭注）。陇西郡为今甘肃省最早的建署之一也是今定西地区设郡之始。

秦汉时期（公元前221年—公元250年）:

秦始皇二十六年，（公元前221年）统一中国，秦朝的疆域“西至临洮羌中”（《史记秦始皇本纪》），临洮即今岷县，羌中即今甘南。临洮县为今岷县境内设县之始。

秦始皇于统一后采取了一系列军事，政治、经济、文化、措施、加强了中央集权，分全国为三十六郡，郡下设县。当时，今定西地区地域仍属陇西郡辖，郡治狄道。陇西郡辖狄道（治今临洮）、枹罕（治今昔对比天水）、下辨（治今成县）、西（治今西和、礼县境内）7县。

秦亡汉兴，汉承秦制。汉高祖二年（公元前205年）得陇西郡地。新设安故（治今临洮县南安下川）、氐道（今礼县西北）、首阳（治今渭源）、原道（辖今陇西东部与武山县）予道（今岷县西南）羌道（治宕昌及舟曲境内）、襄武（治今陇西）、大夏（治今广河）。

陇西郡辖县包括原秦置狄道、氐道、临洮、羌道西上邽及新置的大夏、安故、首阳、襄武予通共辖11县，设有“铁官”、“盐官”专事铁盐经营。于临洮县设南部都尉管理羌戎等少数民族。首阳县是今渭源县设县之始，襄武县是今陇西境内最早设的第二个县。

汉武帝元鼎三年，（公元前114年）从陇西郡分划出东北部分置天水郡，郡治平襄（今通渭），辖有陇山以西的平襄、阿阳（治今静宁南）、街泉（治今庄浪东）、陇县（治今大陇山西）、清水（治今清水）、略阳道、戎邑道、绵诸道、罕秆、兰干、望桓（今天水）、冀县（治今甘谷）、原道（辖今陇西东及武山县）、勇士（辖今榆中、定西、治今榆中县青城乡），本捷共16县。设骑都尉于原道县密艾亭，并设属国都尉于勇士县满福（治今定西县巉口镇），管理归附汉朝的匈奴等少数民族事务。又设“秦亭”于陇山西面以联系“陇关”，便利邮置。平襄县为今通渭县境内设县之始，天水郡属国都尉治满福为今定西县有建置之始。

汉武帝元封五年（公元前106年，全国设13个刺史州部），每部州设刺史一员，巡行郡国，督察地方官吏和豪强。陇西、天水二郡隶属凉州刺史部辖。

王莽新朝（公元9年—公元23年）托古改制，变更郡县名称，改陇西郡为厌戎，狄道为“操虏”、氐道为“亭道”、予道为“德道”、大夏为“顺夏”、襄武为“相桓”、西县为“西治”；改天水郡为“填（镇）戎”、平襄为“平相”、戎邑道为“填（镇）戎亭”、望桓为“望亭”、冀县为“冀治”、勇士为“纪德”、清水为“识睦”、兰干为“兰盾”。

刘玄更始元年（公元23年）成纪人隗嚣等起兵于天水郡成纪县，攻下郡治平襄，继而占领陇西、金城等郡，建立割据政权。

东汉三国时期（公元25—265年）:公元25年，刘秀建立东汉政权，恢复王莽所改郡县之名。建置由原郡县二级改为移治州、郡县三级。东汉光武帝建武十年（公元34年），刘秀荡平隗嚣割据政权，陇西、天水二郡归汉。凉州刺史部驻陇西县（今张家川）、陇西、天水二郡乃属于凉州刺史部辖。汉明帝永平十七年（公元74年），天水郡平襄移治冀县（今甘谷），并将原辖于陇西郡的上邽县划归天水郡辖。汉章帝建初元年（公元76年）从襄武县南部移置鄣县（今漳县）。汉灵帝中平五年（188年），改州刺史为州牧，将原郡县二级改为州、郡、县三级制。汉献帝建安中期（196—220）从汉阳郡移置南安郡。

陇西郡治狄道辖十一县：狄道、安故、氐道、首阳、大夏、襄武、临洮、枹罕、白石、鄣、河关（在今临夏境积石山县）。襄武县有五鸡聚、临洮县境内有洮河流域索西城，建初二年（公元77年）筑，徙（南部都尉驻此），又有望曲谷（临洮西南部）龙桑城（在临洮东北）。汉安帝永初四年（公元110年），三月又因羌汉战争，将陇西郡治由狄道迁于襄武县。汉安帝延光二年（公元124年）秋，陇西郡治复还狄道。襄武作为陇西郡治历14年。

南安郡，治原道县（今陇西东南），领3县：原道、新兴（今漳县、武山境内）、中陶（今陇西东南、漳县境内）。

东汉时期，（公元25年—220年）汉阳郡辖13县，其中平襄（治今通渭）、勇士（辖今定西县北部）、原道（辖今陇西县东部及定西县东南部）、显亲（治今秦安县金城乡）、成纪（治今静宁县李店乡）四县地辖今定西地区北部地域。