西晋至隋初时期
司马炎称帝后，吸取了曹魏因宗室衰微而致亡国的教训，分封宗室同姓子弟27人为王，并赋予诸王军政财大权。其本意是藩卫皇室，最终却演变为地方割据。西晋灭吴实现统一后，仅维持了短暂的“太康之治”（280-290年），随即陷入八王之乱与五胡乱华，最终导致王朝迅速灭亡，并开启了长达三百年的南北大分裂。
图12：西晋疆域示意图
太熙元年（290年），司马炎病逝，其子司马衷（晋惠帝）继位。司马衷智力低下，其皇后贾南风野心极强，想要独揽朝政，率先挑起皇族内斗。291年三月到六月间，贾皇后先拉拢楚王司马玮、汝南王司马亮，诛杀了外戚杨骏一族；事后又挑拨司马亮与司马玮矛盾，借惠帝诏书让司马玮杀死司马亮，随即又以擅杀重臣罪名处死司马玮；此后贾南风独掌朝政近十年。
295年十月，洛阳皇家武库发生特大火灾，时任官员张华因担心京城治安变故而先列兵固守，导致救火不及时，火势蔓延失控。大火熏天，夜如白昼，浓烟密布，熔铁铺地。可装备二百万人的器械、甲胄等被大火烧毁，导致西晋军备实力急剧下降；还有很多历代积存的宝贵文物，包括孔子屐（孔子穿过的木屐）、汉高祖刘邦斩白蛇剑、王莽头颅等都在此次火灾中被焚毁。
贾皇后无子，当时太子司马遹为晋惠帝和才人所生，为了将来能当太后，元康九年（299年），贾南风诬陷并杀害了太子，引发宗室不满。赵王司马伦起兵入宫，处死贾后；永康二年（301年）正月，司马伦废惠帝、自立为帝。
同年四月，齐王司马冏联合成都王司马颖、河间王司马颙讨伐司马伦，司马伦兵败被杀，惠帝复位，司马冏掌权。后因司马冏专权，被河间王司马颙、长沙王司马乂起兵讨伐，司马冏战败身亡，司马乂掌控了洛阳。然后司马颙、司马颖又联手围攻洛阳，苦战数月，司马乂被烧死，司马颖入驻洛阳把持了朝政。
永兴二年（305年），东海王司马越又起兵讨伐司马颖，击败了司马颖、司马颙，后司马颖、司马颙相继被杀。光熙元年十一月（307年1月），晋惠帝司马衷突然死亡（有说是被司马越毒死）；司马炽继位，是为晋怀帝；“八王之乱”以东海王司马越的胜出而告终。
八王之乱前后历时达十六年，洛阳、关中地区屡遭兵祸，导致农田荒芜、人口锐减，朝廷府库空虚，中央军主力损耗殆尽。且汉魏以来，匈奴、羯、鲜卑、氐、羌（五胡）大量迁入长城以内，分布于关中、并州、幽州等地。西晋朝廷对内迁胡人压迫深重，民族矛盾长期激化，八王之乱时各胡人部族趁机起兵割据。
永兴元年（304年），南匈奴贵族刘渊在左国城（今山西省离石县）起兵，建立汉赵（前赵）政权；此后刘渊、刘聪父子不断劫掠司隶、兖州，西晋各地守军屡战屡败，洛阳粮道断绝，城内饥荒四起。永嘉三年（309年），汉赵两次攻洛阳，但均被击退。
永嘉四年（310年）十一月，掌握朝政的东海王司马越率西晋重臣及军队四万余人出屯项县（今河南沈丘）。次年三月，司马越病死于项县军中，其部属决定护送司马越的灵柩返回其东海封国（今山东郯城），随行的军队、王公大臣及民众达十余万人。适逢汉赵刘聪遣石勒、王弥、刘曜等率军再次攻晋，石勒率领轻骑兵在宁平城（今河南郸城东北）追上并包围了护送司马越灵柩的晋军及随行军民，西晋王公士民十余万人被围杀，其上层统治集团和西晋在中原地区的最后一支核心军事力量几乎覆灭殆尽。
311年六月洛阳城破，晋怀帝被俘后被掳至平阳（汉赵都城，今山西临汾市西南一带），西晋太子司马诠和洛阳城内官员、百姓被杀三万余人，皇宫、太庙、官府被焚毁，西晋帝王陵寝也被开掘掳掠，史称“永嘉之乱”。
永嘉七年（313年），被俘的晋怀帝在平阳被杀，秦王司马邺在长安即皇帝位（晋愍帝），改元建兴。建兴四年（316年），汉赵刘曜攻打长安，长安城中粮食匮乏，甚至出现了人相食的景象。316年十一月，长安城破，晋愍帝投降后也被掳至平阳，西晋灭亡，国祚仅五十一年。
永嘉之乱导致西晋灭亡后，中原黄河流域落入五胡割据势力手中，开启了长达近三百年的南、北朝大分裂时代（十六国乱世）。
北方长期战乱、政权更迭频繁，汉人百姓饱受战乱、屠杀、奴役之苦，中原士族、百姓为躲避战乱，大规模渡过长江逃往江南，史称第一次“衣冠南渡”。这是中国历史上第一次大规模的人口南迁，前后持续时间达100余年，此次移民潮，使中国的经济、文化中枢开始向江南转移。
317年，被俘的西晋愍帝在平阳被杀，琅邪王司马睿在建康（今南京）即皇帝位（晋元帝），国号仍为“晋”，改元太兴，史称“东晋”。
东晋（317-420年）时期，世家门阀政治达到巅峰，琅琊（今山东青岛、临沂一带）王氏、颍川（今河南许昌禹州市一带）庾氏、谯国（今安徽亳州）桓氏、陈郡（今河南周口）谢氏等轮流把持朝堂大权；还有江南本地的义兴（今江苏宜兴）周氏、吴兴（今浙江湖州）沈氏等大族虎视眈眈。各大士族之间争权夺利不断，内乱频生。到公元420年，东晋权臣、北府兵大将刘裕掌握了大权，废黜了晋恭帝，建立了刘宋政权，东晋终结，江南地区进入南朝时期。
此后，在江南地区，刘宋（420–479）、南齐（479–502）、南梁（502–557）、南陈（557–589）四个政权相继登场，直至589年，隋朝大军南下攻破建康，俘虏了南陈后主陈叔宝，南朝彻底灭亡，天下统一。
永嘉之乱后，在北方及西南地区先后出现了多个割据政权，史学家通常选取其中十六个代表性政权称为“十六国”（五胡十六国，317-439年），主要包括五凉、四燕、三秦、二赵、成汉和胡夏。
五凉：前凉（317 -376），汉族张氏建立，都城姑臧（今甘肃武威）。后凉（386-403），氐族吕光建立，都城姑臧。南凉（386-403），鲜卑族秃发氏建立，都城乐都（今青海乐都）。北凉（397-460），匈奴族沮渠氏建立，都城张掖（今甘肃张掖）。西凉（400-421），汉族李氏建立，都城敦煌（今甘肃敦煌）。
四燕：前燕（337-370），鲜卑族慕容氏建立，都城龙城（今辽宁朝阳），后迁邺城。后燕（384-407），鲜卑族慕容氏建立，都城中山（今河北定州）。南燕（398-410），鲜卑族慕容氏建立，都城广固（今山东青州）。北燕（407-436），汉族冯氏建立，都城和龙（今辽宁朝阳）。
三秦：前秦（351-394），氐族苻氏建立，都城长安（今陕西西安），曾短暂统一北方。后秦（384-417），羌族姚氏建立，都城长安。西秦（385-431），鲜卑族乞伏氏建立，都城苑川（今甘肃榆中）。
二赵：前赵（汉赵，304-329），匈奴族刘氏建立，都城平阳（今山西临汾），后迁长安。后赵（319-351），羯族石氏建立，都城襄国（今河北邢台），后迁邺城。成汉（304-349），巴氐族李氏建立，都城成都（今四川成都）。胡夏（407-431），匈奴族赫连氏建立，都城统万（今陕西靖边）。
除十六国之外，还有汉人冉闵建立的魏、丁灵族翟氏建立的魏、武都（今甘肃陇南）氐帅杨氏建立的仇池国、鲜卑慕容氏建立的西燕、鲜卑拓跋氏建立的代等五个政权，总计先后有21个政权在北方出现。
在十六国中，前秦（351-394）景明帝苻健、宣昭帝苻坚在位时百姓相对安定，并且苻坚重用王猛等汉臣，通过汉化改革使国力大增。最终苻坚于382年统一了北方、西域、巴蜀等地，周边新罗、肃慎、大宛及天竺等六十二国皆来朝拜。但是前秦在南征东晋时，于383年在淝水之战（今安徽寿县东南方）中遭遇惨败，随后关东及关中地区各族反叛，加上东晋的北伐，前秦全面崩溃，最终在394年被后秦姚兴所灭。
公元386年，代国遗族鲜卑拓跋珪于代地（今山西大同、朔州和河北张家口地区）复国，国号“魏”，臣服于后燕，史称北魏。至439年拓跋焘（408-452年，北魏太武帝）攻灭北凉后，北魏统一了北方地区，北方的民族融合进入了新阶段，自此，北方地区进入了北朝时期。
此后，北方地区先后出现了北魏（386-534）、东魏（534-550）、北齐（550-577）、西魏（535-556）、北周（557-581）五个王朝。直至公元581年，北周静帝禅让帝位于权臣外戚杨坚（北周国丈），北周覆亡，杨坚改国号为隋，即隋文帝，年号“开皇”，定都长安。
在十六国及南北朝时期，古都洛阳城的命运如同过山车一般，从废墟中艰难爬起，经历了短暂的繁华，又再次坠入毁灭的深渊。
西晋末年的洛阳城，沿用曹魏旧格局，整体为长方形大城，单一宫城居于城北正中，西北角的金墉城是全城核心堡垒，城小墙坚，被各方当作军事要塞，又称“洛阳垒”；十二城门保持汉魏旧名：宣阳门、平昌门、开阳门、东阳门、建春门、广莫门、大夏门、阊阖门、西阳门、西明门等；铜驼大街横贯南北，是中轴线主干道。
公元311年六月，汉赵（前赵）军队攻破洛阳，刘曜纵兵屠城，俘虏了晋怀帝，王公士民被杀三万余人，史称“永嘉之祸”；洛阳城池大半被毁，宫室化为瓦砾，市井萧条。此役后，前赵控制了洛阳。
东晋初年，晋将李矩一度于317-318年夺回洛阳，并以金墉城为据点固守。李矩以荥阳为基地，在孤立无援的绝境中坚守中原14年，屡败强敌。318年，前赵刘聪夺回洛阳。320-325年，洛阳的前赵守将先投降了后赵，复投降东晋李矩，洛阳守军被后赵宗室石生击溃，“于是河南之民皆相帅归矩，洛阳遂空”，洛阳沦为无主废墟。
前赵刘曜定都长安后，把洛阳当作东线重镇，长期与后赵争夺此地。328年，刘曜在洛阳城西被石勒大军击溃，刘曜被俘，洛阳落入后赵之手。329年前赵灭亡，后赵石勒于330年称帝，定都襄国（今河北邢台），以洛阳为南都，设立行台，视其为天下之中、华夏正统象征，着力修缮城池、恢复官署，迁徙人口充实此地。石勒死后，其侄石虎篡位，继续对洛阳进行营建，派人保护太学石经，修复了部分宫殿城门，洛阳短暂恢复了军政重镇地位。
350年，后赵发生内乱，大将冉闵占据邺城建立了冉魏，洛阳一度归属冉魏势力范围，但洛阳守将在351年投降了东晋，而后又叛晋归附前秦，352年前秦控制了洛阳城。
356年东晋恒温北伐，曾短暂收复洛阳，拜祭并修复了先帝陵墓，设置了护陵官员，并与前燕在洛阳一带多次交战。365年，前燕攻占了东晋洛阳，洛阳地区成为前燕的洛州刺史治所。370年，前秦伐燕又攻占了洛阳，此后直至前秦统一北方时，前秦苻坚对洛阳多加修缮，设洛州刺史镇守。
383年淝水战败后，前秦瓦解，后燕势力一度占据洛阳，洛阳再次陷入混战之中。384年，东晋谢玄北伐收复了洛阳，此后与后秦围绕洛阳地区进行了多次争夺。399年，后秦姚兴攻取了洛阳，将洛阳定为管控中原东部的军政重镇，加固城防、招抚流民、回迁百姓，劝课农桑、精简徭役，并对洛阳城内宫殿、旧城垣进行了局部修整，还对西晋皇家山陵进行了保护，以此拉拢中原世家大族，洛阳地区的经济与民生得到了一定程度的恢复。
409年，东晋刘裕率军北伐，于410年攻灭南燕。随后东晋内部发生叛乱，刘裕回军镇压。
416年初后秦主姚兴病死，后秦内部叛乱迭起，政权不稳，刘裕再次北伐，进展神速，同年十月就占领了洛阳。此后又击败北魏军队，并于417年攻陷长安，灭亡了后秦。刘裕因北伐之功被封为宋王，420年，他逼迫晋恭帝禅让，自立为皇帝，改国号为“宋”，定都建康，年号永初；这一事件标志着江南地区南朝的开端。
十六国百余年间，洛阳因地处天下之中，是争夺中原的必争之地，多次易主，在兵燹中其宫殿大多被焚毁，仅残存台基，只有官衙、军营与金墉城不断被加固重修，金墉城也成为中古时代最著名的坚城之一。各胡族政权为标榜自己为中原正统，控制洛阳后会刻意保护汉魏石经、太学旧址、西晋太庙等礼乐遗存，使其免遭兵祸。
鲜卑拓跋珪趁前秦瓦解之际，于386年重建代国，定都盛乐（今内蒙古和林格尔），不久改国号为魏，史称“北魏”，北方地区进入了北朝时期。
396-398年，北魏攻灭后燕，成为了北方地区最强大的政权。398年拓跋珪迁都平城（今山西大同），正式称帝。拓跋珪进入中原后，鼓励农业生产，其奴隶主贵族也逐渐汉化转化为封建地主，同时招纳汉族大地主加入其统治集团，加快了鲜卑拓跋部的汉化进程，国力日增。
至439年，北魏太武帝拓跋焘攻灭北凉，结束了黄河流域长达百余年的十六国割据，统一了北方，与南朝刘宋形成了南、北对峙的局面。拓跋焘死后，文成帝拓跋濬、献文帝拓跋弘、孝文帝拓跋宏相继登基，逐步实施了改革，使社会经济由游牧经济逐渐转变为农业经济。尤其在孝文帝即位后，为了缓和阶级矛盾，限制地方豪强势力，其在冯太后的辅佐下进行了大范围的改革，极大地促进了北魏经济社会的发展和民族的融合。
422年，北魏明元帝拓跋嗣趁刘宋开国君主刘裕病逝之机，派军进攻河南地区，遭遇刘宋守军顽强抵抗，在付出重大伤亡后，北魏于431年完全控制了河南地区。攻占洛阳后，北魏在占领区基本沿袭原有的州郡县体系，以军将兼任地方长官，同时任命太守、刺史等文官配合，形成军政合一的临时管理架构。同时北魏在河南地区鼓励耕作、安抚百姓，附近宋人多来归附。
因北魏都城平城（今山西大同）地理位置偏北，不利于农业生产和经济发展，都城的粮食供应问题愈发突出；同时为巩固自身统治、接触中原文化并实现统一大业的考量，北魏孝文帝拓跋宏于493年，借口征伐南朝齐，率领百官和步骑百余万，从平城出发到达洛阳，时值深秋阴雨连绵，百官都不愿继续前行，孝文帝于是利用群臣不愿继续南伐的心理，提出定都洛阳的动议并最终确定。
494年，孝文帝正式宣布迁都洛阳，至495年各朝廷机构也迁至洛阳。迁都后，北魏在汉、晋及曹魏洛阳城基础上开始了大规模营建，不断扩建都城布局，至501年宣武帝（元恪）时，形成了宫城、内城和外郭城三重城垣结构的汉魏洛阳城。
北魏洛阳都城占地约100平方公里，是当时世界上规模最大的城市。外郭城规划了320余个里坊，同时废除了东汉以来的南北两宫制，建立了单一的宫城，宫中正殿为太极殿，整个城市规划了明确的功能分区和“九经九纬”的道路网络。516年，在阊阖门南一里御道西侧兴建了皇家寺院“永宁寺”及高达四十九丈的九层木塔（永宁寺塔，合今约136.7米，加上塔刹总高约153.3米），是当时世界最高的建筑，也是世界历史上第一座可以登临的塔。
图13：北魏洛阳城示意图
随着迁都进行，孝文帝还着手改革鲜卑旧俗，全面推行汉化。大批鲜卑贵族和平民随之迁入洛阳，规定“迁洛之民，死葬河南，不得还北”，其籍贯由“代”改为“河南洛阳”，禁胡服、改说汉语、改鲜卑姓为汉姓（如拓跋氏改为元氏），提倡胡汉通婚。
孝文、宣武两朝，北魏国力臻于鼎盛，洛阳城商业兴盛，手工业繁荣；恢复了太学、国子学，推行儒学；文学艺术繁荣发展，崇尚佛教，大修佛寺，开凿了龙门石窟，出现了《洛阳伽蓝记》等著作。这些变化都使洛阳成为了当时世界上规模最大、人口最多、经济最繁荣的都市之一。
为保障洛阳安全，孝文帝在迁都后还多次南征，并于498年攻下了南齐重镇南阳（今河南南阳）。北魏迁都洛阳及随后的汉化改革，在推动民族融合和历史进步的同时，也激化了内部矛盾，为北魏后期的分裂埋下了伏笔。
图14：北魏与南齐疆域示意图
公元495年，孝文帝拓跋宏为安顿来朝传授小乘佛教的印度僧人跋陀，在洛阳东边的嵩山少室山北麓敕建少林寺。506年印度高僧勒拿摩提和菩提流支先后到少林寺开辟译场，在少林寺西台舍利塔设立翻经堂翻译经书。之后，慧光在少林寺弘扬《四分律》等师说，经多代发展，后世最终形成四分律宗。
527年释迦牟尼佛第二十八代徒菩提达摩来到少林寺，他在跋陀开创的基础上，广集信徒，传授禅宗，并于536年传法于慧可，从此禅学在少林寺落迹流传。574年北周武帝灭佛，少林寺被严重毁坏。580年北周静帝恢复少林寺，将其改名为陟岵寺。
至隋时，隋文帝崇佛，复改陟岵寺为少林寺，并赐给少林寺土地一百顷。唐初，少林寺十三和尚因助唐有功，受到唐太宗的封赏，赐田千顷，水碾一具，并称少林僧人为僧兵，从此，少林寺名扬天下，被誉为“天下第一名刹”。
520年，北魏权臣元叉和宦官刘腾发动“宣光政变”，处死了清河王元怿，幽禁了胡太后，使得北魏朝政懈怠，纲纪败坏。这场政变不仅使北魏朝局陷入动荡，更成为北魏由盛转衰的关键节点。
在元叉和刘腾的剥削压榨之下，523-525年，北魏在北方边境六镇的戍卒和底层镇民爆发了起义，虽然起义最终被北魏联合北方的柔然一同镇压，但这次起义直接导致了后来关陇、河北的民变（525-530年）。
在镇压起义的过程中，各边镇军事豪强乘机扩充实力，其中以契胡部第一领民酋长尔朱荣（羯族）实力最强，高欢、段荣等怀朔豪强也迅速坐大。528年四月，野心膨胀的尔朱荣在其部将高欢的煽动下，以胡太后鸩杀孝明帝为由，率军入洛阳“清君侧”。
为了通过大规模诛杀巩固权力，尔朱荣以祭天为名诱骗百官和皇室至河阴（今洛阳孟津），纵兵围杀皇室和百官两千余人，将胡太后和三岁的小皇帝元钊沉入黄河而死，改立元子攸（孝庄帝）为帝，史称“河阴之变”。
河阴之变后洛阳爆发了大规模的恐慌骚乱，百姓与豪门大族争相弃宅而逃；北魏郢州（今河南信阳）、北青州（今山东青州一带）、南荆州（湖北枣阳东）等许多地方官员因恐惧尔朱荣的残暴，被吓得集体弃官逃亡，投奔南梁，北魏的统治根基由此遭受了重创。
孝庄帝元子攸是出名的美男子，为人坚韧、善良，被立为皇帝之后，多行仁政。尔朱荣因杀人太多，民愤极大而不敢住在洛阳，528年六月，尔朱荣返回晋阳（今山西太原晋源区一带），留心腹奚毅、朱瑞监视元子攸，另一亲信元天穆把持朝政；结果因元子攸为人太好，奚毅、朱瑞都被策反。
北魏宗室北海王元颢被尔朱荣吓得逃去了南梁，劝说南梁武帝萧衍帮助自己攻打北魏当皇帝，萧衍认为这是占据北魏领土的好时机，于是顺水推舟，于529年命南梁将军陈庆之护送元颢返回洛阳登基称帝，随后陈庆之迅速攻陷洛阳，元子攸被迫撤离。同年六月，元颢在洛阳称帝；八月，元子攸率军南下，击溃了元颢，重返洛阳；尔朱荣和其党羽把持朝政，统治极其残暴。
530年，尔朱荣在洛阳图谋篡位未遂，元子攸依靠被策反的奚毅、朱瑞和亲信大臣温子昇等人，亲手诛杀了尔朱荣。531年一月初，尔朱荣的堂侄尔朱兆率军偷袭洛阳，洛阳城破，元子攸被俘后被囚禁在永宁寺塔里。
尔朱兆刚攻入洛阳时，河西地区的部落首领纥豆陵步蕃对尔朱家族的老巢秀容（今山西忻州和朔州一带）发起猛烈进攻，尔朱兆不敢在洛阳久留，带着元子攸返回晋阳（今山西太原）抵御纥豆陵步蕃。531年一月底，在囚禁中受尽折磨的元子攸被勒死在晋阳的一座佛寺中，年仅24岁。
尔朱兆弑君后，尔朱氏成为众矢之的，各路太守和刺史纷纷起兵讨伐。532年，原尔朱氏部下高欢在韩陵（今河南安阳市安阳县东北部）击败尔朱氏余党，成为北魏权臣。尔朱氏彻底覆灭后，孝庄帝元子攸灵柩被北魏朝廷迎回洛阳，安葬在静陵（今河南洛阳市红山乡上寨村南）。
521年二月，广陵王元恭登基为帝（节闵帝），但在高欢覆灭尔朱氏之后（532年），高欢另立平阳王元修为帝（孝武帝），元恭则被高欢废黜幽禁在洛阳崇训佛寺，随后惨遭杀害。高欢初始比较注重个人名声，与孝武帝元修关系尚可，还将自己的长女嫁予元修。但后来因权力斗争，与元修关系破裂。
534年二月，洛阳永宁寺塔在夜间为雷电所击，燃起大火，天亮时已火势凶猛。孝武帝派羽林军千人救火，仍无济于事，火烧三月不灭，永宁寺塔沦为废墟。这座仅仅存在了18年的古代木结构建筑之最，仿佛是北魏的晴雨表，兴盛时是王朝辉煌的象征，没落时是政权飘摇的见证，时人称“永宁见灾，魏不宁矣”。
同年八月，孝武帝元修为争权，准备带兵讨伐驻扎在晋阳的高欢；高欢率军南下，元修带着一帮大臣和宗室弃洛阳西逃，投奔了长安的宇文泰。随后高欢立另元善见为帝（孝静帝），并迁都邺城，史称“东魏”。
孝武帝元修西逃长安后，因其为人轻狂悖乱，与宇文泰关系破裂。535年，宇文泰毒杀了元修，立元宝炬为帝（文帝），建都长安，史称“西魏”。至此，北魏灭亡，分裂为了东魏和西魏；洛阳至潼关一带成为东魏和西魏的拉锯战场。
高欢控制的东魏地盘在今河南、河北、山东一带，人多钱多；宇文泰控制的西魏在今陕西、宁夏、甘肃一带，地盘小还穷，但兵精将猛。两边都觉得自己才是正统，都想吞并对方的地盘统一北方。双方从立国之初到550年之间爆发了数次大战，死伤无数，互有胜负。
至546年，高欢进攻西魏的玉璧城（今山西运城稷山县）失败，损失惨重，重病不起，于547年在晋阳病逝。高欢死后，其长子高澄独担东魏大任，后被膳奴（负责饮食的奴仆）刺杀，次子高洋袭位。550年，高洋废黜东魏孝静帝元善见，自立为帝，建立齐国，史称“北齐”。
图15：南北朝后期形势示意图
556年，西魏宇文泰病逝，其子宇文觉袭位。557年，西魏恭帝被废黜，宇文觉称帝，国号“周”，史称“北周”。其时宇文觉年幼，大权掌握在堂兄宇文护手中，同年九月，宇文护杀宇文觉，立宇文毓为帝。560年，宇文护又毒死宇文毓，立宇文邕为帝。572年，宇文邕除掉了权臣宇文护，亲掌朝政，进行了多方面的改革，使国力日渐强盛。576-577年，北周武帝宇文邕攻灭了北齐，统一了北方。
534年北魏分裂、高欢迁都时，大拆洛阳宫殿，将所拆的建筑材料运往邺城；同时将洛阳城内40万户居民一同迁到邺城，使得洛阳人口为之一空。538年东、西魏河桥（今河南洛阳孟津区与焦作孟州市交界的黄河段）之战，东魏将领纵火，洛阳城内官署、佛寺、民居十不存二三。543 年邙山之战，西魏守将弃城纵火，洛阳又被焚烧了一次。546年高澄将洛阳石经五十二碑全部迁运至邺城。
至550年，洛阳作为北齐西南边境重镇，直面关中北周，南接南朝梁/陈 ，是东西对峙的核心前线，城内繁华时期的三百二十三坊、千余佛寺几乎全部化为废墟，仅城墙、宫城基址、金墉城残存。北齐在金墉城驻扎重兵，洛阳彻底失去了首都地位，成为边防军事重镇。
564年，北周十万大军包围洛阳，猛攻金墉城三十日不下，北齐兰陵王高长恭驰援，洛阳得以保全，《兰陵王入阵曲》即诞生于此役。575年，北周武帝宇文邕亲率六万大军围攻洛阳不克，洛阳再次被保全。577年，北周主力大军不攻洛阳，绕道平阳（今山西临汾）攻取晋阳、邺城，覆灭了北齐，随后洛州北齐守将独孤永业献洛阳投降了北周。
因长安偏西，难以管控关东、河北旧齐势力，北周宣帝宇文赟（578—579年在位）即位后，急于建立东京洛阳，以取代邺城作为关东军政中心，同时借汉魏旧都彰显北周正统，满足个人巡幸享乐需求，故开始对备受战争破坏的洛阳城进行修复重建。
579年正月，宇文赟行幸洛阳，二月下诏修复汉魏洛阳故城，为加快建设速度，还征发了太行山以东诸州兵士。为了新都洛阳的繁荣，宣帝下令将相州六府（北周时期设于相州〈今河北临漳〉的地方官制机构，由天官、地官、春官、夏官、秋官、冬官六府组成）迁移于洛阳，称东京六府，并将当年高欢迁都邺城时从洛阳运走的石经，一并运回洛阳。他还诏令：凡是原来迁走之户，皆可返回洛州；此外其他人若想迁往洛阳，也任其意。这些措施，在短时间内促进了洛阳的繁荣。
580年五月，宇文赟暴病驾崩，在579年就接受传位的静帝宇文阐（579-581年在位）大赦天下，并下诏停止了洛阳汉魏故城的重建工程。据记载，北周所重建的洛阳宫，虽未完毕，但其规模及奢华程度已远超汉魏。
北周静帝宇文阐即位时年幼，关陇门阀之首、左丞相杨坚专政。相州总管尉迟迥恐杨坚专权对北周不利，于邺城起兵，北通突厥，南连陈朝，欲杀杨坚，但最终兵败自杀。期间北周宗室诸王也数次伺机欲除杨坚，杨坚均果断处置，粉碎了诸王的夺权图谋。
581年二月，宇文阐禅让帝位于杨坚，杨坚代周称帝（隋文帝），国号“隋”，年号“开皇”，定都长安。582年，以长安旧城狭小，在长安城东南的龙首原筑大兴城，583年隋朝都城迁入大兴城。
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