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三国和魏晋南北朝时期
三国和魏晋南北朝时期，基本上实行的是州、郡、县三级制。
魏、蜀、吴三国鼎立时期，省境共置凉州1 州（另有一部分地方分属雍州和益州）、12郡、77个县。大部分地方属魏国，南部的部分地区属蜀国。属于魏的有凉州（治姑臧，即今武威市）的金城、武威、张掖、酒泉、敦煌郡，雍州（治长安，今陕西省西安市）的陇西、天水、南安（今陇西、武山一带）、广魏（今秦安、通渭等县）、安定郡（今平凉、庆阳和宁夏回族自治区固原等地）和新平郡鹑觚县（今灵台县东北）。属于蜀国益州（治成都，今四川省成都市）的有武都郡、阴平郡的7个县。
西晋，省境设凉州、秦州，兼属雍州，统12个郡、72个县。凉州，治姑臧（今武威市），辖6个郡、41个县，即金城郡、武威郡、张掖郡、敦煌郡、酒泉郡、西郡（今山丹一带）；秦州，治冀县（故治在今甘谷县东南，后迁至上邽，即今天水），统6个郡、24个县，即陇西郡、南安郡、天水郡、略阳郡（原广魏郡，晋武帝时更名）、武都郡、阴平郡（今文县和四川省平武县）。属雍州（治长安，今陕西省西安市）的为安定郡，治临泾（今镇原县），统7个县。
进入东晋，社会动乱，北方形成分裂割据局面。从西晋末到十六国时期，跨境或在甘肃境内先后建立的割据政权有：后赵、前秦、后秦，各占有约当今甘肃一部之地；前凉（公元314 －公元376 年），历时62年，治姑臧（今武威市），辖区东至秦陇，北及居延，南逾河湟，西至葱岭；西秦，都苑川（今榆中县东北），辖区约当今甘肃西南部；后凉（公元386 年－公元403 年），都姑臧，建国18年，初有前凉旧地，后除姑臧外，仅有仓松（今古浪西）、番禾（今永昌西）2 郡；南凉（公元397 年－公元414 年）立国18年，都廉川堡（今青海省乐都县），辖地东至金城，西到青海，北据广武（今永登东南），南有河湟；北凉（公元397年－公元439年），历时43年，初都张掖，后迁姑臧，据有武威、张掖、敦煌、酒泉、金城、西海、西平、乐都等郡地；西凉（公元400年－公元420年），立国21年，都敦煌，后迁酒泉，辖区约有今肃州区、玉门、瓜州、敦煌（市、区）。
南北朝时期，甘肃先后为北魏、西魏、北周的统治地区。这一时期，南北对峙，国家分裂，州县林立，政权更替频繁，“百户之邑便立州名，三户之民空张郡目”的情况比比皆是，行政建置十分混乱。
北魏，甘肃境设置8个州、35个郡、91个县。秦州，治上邽（原名上邽，今天水西南），辖天水、略阳（今秦安、天水市区、清水、静宁县）、汉阳（今天水市一部分和成县西北部）3个郡、12个县；南秦州，治洛谷城（今武都区境），统水南（今西和、礼县和天水市一部分）、汉阳（今礼县东南）、武都（今武都区西北地）、脩城（今康县平洛镇、成县南部和陕西省略阳县西北地）、仇池（今成县西北和西和县部分地方）、武阶（今武都区东南地）6 郡、18县；泾州，治临泾（今镇原县），辖安定（今泾川县北部和平凉市西北部分）、陇东（今平凉、镇原等地）、平凉（今华亭、灵台西部）、新平（今泾川县东南、陕西彬县西南、宁夏回族自治区固原附近）、赵平（今灵台县东南、陕西省长武县部分地方）、平原（今平凉市东）6郡、17县；河州，治枹罕（今临夏市东北），辖金城（今临夏东南和榆中县部分地方）、武始（今临洮县境）、临洮（今岷县东北、渭源县西南部）、洪和（今临潭县境和临洮县西南部）4 郡、14县；渭州，治襄武（今陇西县西南），统陇西（今陇西县西南）、南安阳（今陇西县东北部）、广宁（今武山、漳县部分地方）3郡、6县；原州，治高平（今宁夏回族自治区固原县），领高平（今宁夏回族自治区固原县境）、长城（今平凉市西北部）2郡、4县；凉州，治武威（今武威市），统武安（今民勤县西南）、临松（今张掖市和民乐县一部分）、建昌（今榆中西北、临夏北部）、番禾（今永昌县境）、泉城（凉州府境内）、武兴（今武威市西北和北部）、武威（今武威市境）、昌松（今古浪县南部、北部和凉州区东南部）、东泾（故址不详）、梁宁（今酒泉市境）等郡；瓜州（今敦煌市境）。
北周，甘肃境设22州、56郡、104县。22州是：泾州，治安定（今泾川县北），辖区约当今镇源、灵台、泾川县和崆峒区、平凉、华亭县之一部；原州，治平高（今宁夏回族自治区固原县），辖区约当今崆峒区、会宁和宁夏回族自治区固原地区之一部；宁州，治赵兴郡城（今宁县），辖区约当今庆城、正宁、宁县、环县一部分；灵州，治薄骨律镇城（今宁夏回族自治区灵武县西南），辖区约当今宁夏平罗、灵武、银川市部分地区；秦州，治上封，辖区约相当于今天水市部分地方和静宁县西南部；交州，治安阳（今秦安县北），辖区约当今秦安县西北部；渭州，治襄武（今陇西县西南），辖区约当今武山、陇西、渭源、漳县之一部；武州，治将利（今武都区东南），辖区约当今武都区东南和文县东北部；成州，治洛谷城（今西和县南洛峪镇），辖区约当今西和、礼县南部；康州，治同谷（今康县嘴台子），辖区约当今康县、成县东南部；文州，治建昌（今文县西南），辖区约当今文县西南部；宕州，治阳宕（今宕昌县西），辖区约当今宕昌西部和舟曲县西北部；芳州，治封德（今迭部县东南），辖区约当今迭部县东南部；叠州，治叠川（今迭部县江洪滩附近之巴什旦卡），辖区约当今迭部县之一部；洮州，治美相（今临潭县），辖区约当今临潭和卓尼县之一部；岷州，治溢乐（今岷县），辖区约当今临洮西南、岷县北部、卓尼县东北部；旭州，治金城（今碌曲县东），辖区约当今碌曲县东部；弘州，治广川防（今碌曲县西南），辖区约当今碌曲县西南部；河州，治枹罕（今临夏市），辖区约当今临夏州大部、兰州西部和临洮县之一部；凉州，治姑臧（今武威市），辖区约当今民勤东北、凉州区、永登东南、永昌西部；甘州，治永平（今甘州区西北），辖区约当今甘州区、山丹、民乐、肃州区、高台之一部；瓜州，治鸣沙（今敦煌县东南），辖区约当今敦煌、瓜州、玉门市之一部。