北齐天保元年（550）东魏被北齐所代，大同为北恒州、北朔州地，属县未有大的变化。天保七年（556）改北恒州为恒安镇（今大同），又名东州城，隶属恒州太平县，徙豪杰三千家以实之。翌年废镇，仍为北恒州。周齐之间，突厥渐强，为防御突厥、柔然、契丹，于天保三年（552）自西河总秦戍筑长城，东至渤海200余公里。天保六年（555）发夫180万人筑长城，自幽州夏口，西至恒州450余公里。天保七年（556）先自西河总秦戍筑长城东至海。前后所筑东西凡1000余公里。
公元557年西魏为北周所代替。建德六年（577）灭齐后，州县并废，复置恒安镇，改朔州置北朔州总管府。改太平县为云中县（此大同称云中之始）。灵丘属蔚州，为灵丘郡治。
隋开皇元年（581）重新统一中国后，
大同
大同
改诸州为郡，其地为马邑郡、雁门郡之地。马邑郡治善阳，辖善阳、神武、云内、开阳。雁门郡治雁门，辖雁门、繁峙、崞县、五台、灵丘。恒安镇隶属马邑郡云内县。开皇五年（585）置代州总管府。隋为了防御突厥侵扰，大业三年（607）“发丁男百余万筑长城，西距榆林，东至紫河，一旬而罢”。公元615年八月，杨广巡游塞北，突厥得悉，率领10万兵攻入塞内，杨广被迫退到雁门，在各地军民增援下，杨广才解围而去。第二年突厥又犯，被李渊带兵击退。
唐初依隋实行州县制。武德四年（621）平利武周，复于故恒安镇置北恒州。武德六年（623）于雁门郡之灵丘别置蔚州。武德七年（624）北恒州废。贞观元年（627）发天下为13道，云、蔚、朔等州属河东道。云州治云中，辖县云中。蔚州治兴唐，辖兴唐，飞狐、灵丘。朔州治善无，辖善阳、马邑。唐末，以浑源川为名，置浑源州；以雁门山、龙首山南北呼应为名，置应州。贞观十四年（640）于故云内县置定襄县，兼云州治。龙朔三年（663）置云中都护府。永淳元年（682）为东突厥默啜所破，州县俱废，移百姓于朔州。开元十八年（730）复置县，改定襄为云中县。废北恒州为东州城，复置云州。天宝元年（742）改云州为云中郡。乾元元年（758）改云中郡为云州会昌三年（843）以云、蔚诸州为大同道，罢属河东，置都团练使，治云州。咸通十年（869）置大同军节度。中和二年（882）改大同节度为雁门节度。四年（884）云州复隶河东道。唐至德以后，中原运兵刺史皆管军戎，大同防御使由云州刺史领管，辖云、蔚、朔三州。唐末云州地区成为沙陀部和吐谷浑赫连铎部争夺的主要地带。也是李克用父子发迹之地。乾符三年（876）大同军节度使李国昌子克用为云中守捉使，杀防御使，据州以闻。僖宗赦克用，以国昌为大同军防御使，不受命。广明元年（880）李琢攻国昌，国昌兵败，与克用奔北地。共巢入京师，诏发代北军，寻赦国昌，使讨赋，克用率三万五千骑而南，收京师功第一，国昌封陇西郡王。国昌卒，克用取云州。唐末封建割据，云州陷入长期战争中，后李克用子李存勖灭梁，是为唐庄宗。
五代其地为后唐所占，区划未有大的变动。云中县，为云州治，隶属河东道。李克用与契丹耶律阿保机相会于云州东城，易袍马为兄弟，因取“怀想仁人”之义，改名怀仁县；后唐庄宗同光二年（924）析蔚州兴唐县设置广陵县（今广灵县）。后唐庄宗同光三年（925）复以云州为大同军节度。清泰三年（936）叛将河节度使石敬瑭，拜契丹主耶律德光为父，借契丹兵灭后唐，称帝，国号晋。以契丹有助援之功，将燕云十六州割让给契丹。云中判官司吴峦“闭门不受契丹命”，修整器械，昼夜守城，坚持了半年之久，“峦求援晋，晋主召峦南归”，云州陷落。至此大同先后被契丹、女真、蒙古统治者统治长达433年，使中原汉族统治从此失去北方屏藩。
辽后晋天福二年（937）辽进占云州。初为大同军节度，重熙十三年（1044）改云州为西京，设西京道大同府，重熙十七年（1048）析云中，置大同县，为辽之陪都。辽西京道所辖：大同府，治所大同。统2州7县：弘州、德州、大同县、云中、天成、长青、奉义、怀仁、怀安县。蔚州，治蔚州，统灵仙、定安、飞狐、灵丘、广陵。应州，治金城，统金城，浑源、河阳。朔州，治善阳，统善阳、武州、宁远、马邑、神武。
宋为路、州、县sān_jí制，全国设15路。宣和五年（1123）预置云中府路，治云中府，统云中及武、应、朔、蔚、奉圣、归化、儒，妫等8州与云州合称“山后九州”。为宋金联盟攻辽的预置版图。后金失约，除武、应、朔、蔚诸州于宣和五年（1123）一度归宋，旋为金人所取外，西京仅在雍熙三年（986）云州观察使杨业攻占云州3个月外，再未进入宋之版图。《读史方舆纪要》指出，“石晋归其地于契丹，宋不能复有，遂基靖康之衅。女真之亡辽，蒙古之亡金，皆先下大同，燕京不能复固矣。”
金辽保大二年（1122）金宗翰攻占大同府，仍以大同为西京，改西京道为西京路，府治、县