东汉末年，天下大乱，群雄逐鹿。以曹操、刘备、孙权为代表的三方势力脱颖而出。公元220年，曹操病逝，曹丕废汉献帝自立称帝，以洛阳为都建立魏国。刘备不甘落后，于公元221年在成都称帝，建立蜀汉。公元229年，孙权在武昌（(今湖北鄂州）称帝，建立东吴，后迁都建业（今江苏南京）。至此，天下三分，魏蜀吴三国鼎立。
图-魏蜀吴都城位置示意图
公元263年，魏国派钟会、诸葛绪、邓艾率大军兵分三路南下攻蜀，蜀汉大将军姜维撤防剑阁，魏军久攻不下。邓艾率军偷渡阴平（今甘肃文县西北），绕过剑阁直插蜀汉腹地，一路势如破竹，兵临蜀汉都城成都，后主刘禅投降，蜀国灭亡。
公元265年，司马炎迫使魏元帝曹奂禅位，登基称帝，建立晋朝，曹魏灭亡。经过十多年的准备，公元279年，西晋发兵二十余万，兵分六路沿长江全线攻吴，西路水师顺流而下，所向披靡，直指建业，吴末帝孙皓投降，吴国灭亡。至此，三国归于一统，中国历史进入西晋。
晋武帝司马炎认为曹魏之所以灭亡，在于没有分封诸王，宗室力量太弱，因此在即位后就分封诸王，给诸王军权及财权以巩固统治，结果诸王势力过大，成尾大不掉之势。晋武帝死后，晋惠帝即位，诸王为争夺朝政大权，开始内讧，内战不止，持续十六年，史称“八王之乱”。
从东汉末年天下大乱开始，战乱不止，很多中原人不得不逃往江南避祸。好不容易等到西晋一统天下，中原老百姓本以为能得到喘息，结果又是延续十数年的八王之乱，中原人加速南下。中国西部和北部的匈奴、羯、鲜卑、氐、羌等外族趁中原战乱和人口锐减，不断内迁，在北方建立十六个割据势力（实际超过此数），统称为“五胡十六国”。
公元308年，匈奴贵族刘渊在左国城（今山西离石县北）称帝，建立赵汉（亦称汉赵、前赵），次年迁都平阳。公元311年（永嘉五年），刘渊之子刘聪率军攻破洛阳，俘杀晋怀帝，史称“永嘉之乱”。公元316年， 刘曜攻破长安，俘杀晋愍帝，西晋灭亡。317年，南迁至建康（今南京）的琅琊王司马睿重建晋朝，史称东晋。东晋控制江南半壁江山，北方则陷入五胡十六国相互攻伐的散乱局面。
由氐族建立的前秦占据关中，以长安为都。前秦君主苻坚在王猛辅佐之下，前秦国力日强，最终于376年统一北方。
苻坚志在一统天下，不断对东晋展开进攻。公元383年，苻坚亲率80万大军大举进攻东晋，欲毕功于一役，淝水之战爆发。东晋在丞相谢安的运筹帷幄下，以8万北府兵以少胜多大胜前秦。
前秦在淝水之战损失惨重，无力继续维持对各势力的控制，北方再度陷入四分五裂。公元386年，鲜卑族拓跋珪在牛川称王，于398年迁都平城（今山西大同），称帝，建北魏。439年，太武帝拓跋焘统一北方。
北方混乱，南方也不安宁。淝水之战后，东晋桓玄叛乱，废帝自立。大将刘裕平桓玄，拥恭帝。420年，刘裕废恭帝自立，建立刘宋，东晋灭亡，中国历史进入南北朝时期。