汉灵帝中平五年（公元188年）、改刺史为州牧，郡县更为州、郡县三级制，安增设南安郡（在陇西县境内）、辖豲道在今武山境内、中陶（在今陇西、漳县境内）3县。

三国时期（公元220年—265年）曹魏分全国为13州，实行州郡、县三级行政制。魏文帝黄初元年（公元220年）由雍州（治长安）移置秦州。今定西地区地域辖于秦州，当时秦州辖陇西（治襄武）、南安（治豲道）、汉阳（即天水郡，治冀县）、广魏（治临渭、今秦安县东南）4郡。

陇西郡治襄武县辖襄武、狄道、临洮、鄣县、首阳、安故、大夏、氐道、河关（治今各石山县）9县。南安郡治原道。辖原道、新兴、中陶3县。

汉阳郡（即天水郡）治冀县辖冀县、显栾（在今通渭东、秦安西，治今秦安县金城乡）、成纪（在今静宁县李店乡），西县、上邽、新阳6县。广魏郡，治临渭。辖平襄（今通渭）等5县。

由于魏蜀相争，曹魏在陇西郡辖地屯兵驻军，与蜀汉进行拉锯战。

西晋时期（265—316年）:晋武帝泰始五年（公元269年）以陇西、南安、天水、略阳（由三国时曹魏广魏郡改置）武都及凉州金城郡，梁州阴平郡合7郡置秦州治冀县。太康三年（公元282年）秦州并入雍州治长安（今西安）。太康七年，复置秦州，移治上邽（今天水）。

陇西郡（国）治襄武。辖襄武、首阳、临洮、狄道4县；南安郡治原道辖豲道，新兴、陶三县；平襄县辖于略阳郡（治临渭）。

晋惠帝元康年间（公元290年—299年），新设狄道郡属秦州，治狄。辖原陇西郡的狄道、临洮、河关3县，新置洮阳、遂平、武街（治今临洮窑店）、始兴、　　第五、真仇6县。狄道郡共辖9县。

此时陇西郡仅辖襄武、首阳二县。

东晋十六国时期（公元317年—420年）今定西地区先后为前凉、后凉、前赵、后赵、前秦、后秦等分裂割据政权所控制，由于当时战争频繁，建置更替，遂使领属亦很紊乱。

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。