三国曹魏文帝黄初元年（220）改京兆尹为京兆郡。黄初二年（221）封皇子礼为秦公，以京兆郡为秦国，黄初三年又改名为京兆国。魏明帝青龙三年（235）封皇子洵为秦王，改京兆国为秦国。齐王（曹芳）正始五年（244）改为京兆郡。

西晋时仍置京兆郡，辖区较三国魏时缩小。十六国南北朝时期前赵、前秦和后秦、西魏、北周相继建都长安（后秦称常安），均在此设定京兆郡（或尹）。隋唐两代均都长安，另建新城。隋称大兴城。唐高宗永徽四年（653）改名长安城。在长安城周围的京畿地区，隋唐均设京兆尹（郡、府）或雍州，作为郡级建制以统长安、大兴（唐改为万年）等20余县。

唐开元元年（公元713年）改雍州置为京兆府，长官为牧，多由亲王为之；实际长官为尹，通判府事；设少尹二人，佐理府事,岁终更次上计；下设司录参军及司功、司仓、司户等属官，领23县，辖区以今西安市为中心东至渭南市、西至武功、南至户县、北至铜川，属关内道，后属京畿道，治所在京城长安。