三國曹魏文帝黃初元年(220)改京兆尹為京兆郡。黃初二年(221)封皇子禮為秦公,以京兆郡為秦國,黃初三年又改名為京兆國。魏明帝青龍三年(235)封皇子洵為秦王,改京兆國為秦國。齊王(曹芳)正始五年(244)改為京兆郡。
西晉時仍置京兆郡,轄區較三國魏時縮小。十六國南北朝時期前趙、前秦和後秦、西魏、北周相繼建都長安(後秦稱常安),均在此設定京兆郡(或尹)。隋唐兩代均都長安,另建新城。隋稱大興城。唐高宗永徽四年(653)改名長安城。在長安城周圍的京畿地區,隋唐均設京兆尹(郡、府)或雍州,作為郡級建制以統長安、大興(唐改為萬年)等20餘縣。
唐開元元年(公元713年)改雍州置為京兆府,長官為牧,多由親王為之;實際長官為尹,通判府事;設少尹二人,佐理府事,歲終更次上計;下設司錄參軍及司功、司倉、司戶等屬官,領23縣,轄區以今西安市為中心東至渭南市、西至武功、南至戶縣、北至銅川,屬關內道,後屬京畿道,治所在京城長安。