東漢末年，中原陷入了軍閥的割據(jù)混戰(zhàn)之中，最后形成了魏、蜀、吳三國鼎立的局面。敦煌地區(qū)在曹魏的統(tǒng)治之下，生產(chǎn)有了進(jìn)一步的發(fā)展。西晉雖經(jīng)歷了短期的統(tǒng)一，但八王之亂、永嘉之亂很快就將西晉推入了滅亡，之后晉室南遷，北方少數(shù)民族入主中原，大批中原人士西遷。十六國時期（304—439），敦煌先后歸屬于前涼、前秦、后涼、西涼、北涼五個政權(quán)。

　　　　曹魏在統(tǒng)一北方之初，無暇顧及河西，到魏文帝曹丕時，在河西繼續(xù)西漢以來的屯戍政策，并任命尹奉為敦煌太守。魏明帝太和元年（227年），倉慈繼任敦煌太守。當(dāng)時，由于東漢以來形成的豪強(qiáng)大族的勢力日益強(qiáng)大，兼并土地之風(fēng)盛行，豪強(qiáng)們還壓榨農(nóng)民，敲詐勒索西域商賈。針對這種情況，當(dāng)時的涼州刺史徐邈和敦煌太守倉慈抑制豪強(qiáng)，解除豪強(qiáng)的私人武裝，限制豪強(qiáng)兼并土地，打擊了豪強(qiáng)大族的器張氣焰。倉慈還撫恤貧下，鼓勵異族通婚，并為商人提供貿(mào)易和交通上的便利條件，這些措施使得敦煌地區(qū)社會安定，生產(chǎn)和商業(yè)都有了較大的發(fā)展。倉慈之后，王遷、趙基相繼出任敦煌太守。齊王嘉平元年（249年），皇甫隆出任敦煌太守，改變了敦煌婦女在穿衣方面的落后習(xí)俗，大力推廣中原的先進(jìn)生產(chǎn)工具和耕作技術(shù)，敦煌的農(nóng)業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展。

　　　　前涼張氏的統(tǒng)治中心雖在武威，但敦煌仍是當(dāng)時的西域重鎮(zhèn)。張軌大量依靠敦煌人士如宋配、陰充、陰澹、氾瑗等人為其運(yùn)籌，由于這些人的輔佐，河西生產(chǎn)有了較大發(fā)展，人口有所增加，使張軌能“威著西州，化行河右”。張駿太元二十二年（345），敦煌、晉昌、高昌三郡和西域都護(hù)、戊己校尉、玉門大護(hù)軍三營合并成為沙州，治所敦煌，以西胡校尉楊宣為刺史。楊宣任內(nèi)，曾組織民眾興修水利，建五石斗門，堰水溉田，建成十五里的“陽開渠”；他還曾用自家的萬斛糧食買石頭修理城北北府渠上的平河斗門。此外，沙州太守陰澹也曾于任內(nèi)在城西南修七里長渠，可將州城西南的水引自西北的水渠，灌溉城西的大片土地，使這一地區(qū)的百姓受益不少，安居樂業(yè)，故此渠被稱為“陰安渠”。

　　　　前秦于苻堅(jiān)建元十二年（376），滅前涼，將包括敦煌在內(nèi)的河西地區(qū)歸入治下。十八年（382），派呂光攻龜茲。建元二十一年（385），為鞏固經(jīng)營西域的基地，苻堅(jiān)遷江漢百姓一萬戶、中原百姓七千余戶到敦煌。大批中原士族和百姓的到來，又一次促進(jìn)了敦煌地區(qū)的開發(fā)。此后不久，前秦便因淝水之戰(zhàn)的失利而瓦解。386年，呂光從西域返回河西，在涼州建立了后涼政權(quán)（386—403）。麟嘉七年（395），后涼內(nèi)亂，西奔敦煌、晉昌的武威、張掖以東之人有數(shù)千戶之多，敦煌又一次輸入了大量的人力。此外，后涼的敦煌太守孟敏曾在州城西南主持修建了長二十里的水渠，引甘泉水灌溉農(nóng)田，人稱“孟授渠”，促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展。400年，李暠在敦煌自稱冠軍大將軍、沙州刺史，建立了獨(dú)立于后涼政權(quán)的割據(jù)政權(quán)——西涼。敦煌在歷史上第一次成為一個獨(dú)立政權(quán)的都城。西涼政權(quán)統(tǒng)治時期，建立了縣、鄉(xiāng)、里三級行政管理機(jī)構(gòu)，實(shí)行嚴(yán)密的編戶制度，并鼓勵生產(chǎn)，敦煌地區(qū)出現(xiàn)了五谷豐收，百姓樂業(yè)的景象。李暠在敦煌城內(nèi)為其父立先王廟；修建恭德殿、靖恭堂、嘉納堂、謙德堂，主持朝政、參閱武事；并設(shè)泮宮，增高門學(xué)生五百人。于闐、鄯善等西域王國也來此朝貢，敦煌儼然有都城之派。但沮渠蒙遜建立的北涼政權(quán)（401—439）對西涼構(gòu)成很大威脅，使得李暠不得不于建初元年（405）遷都酒泉。此次遷都，還帶走了敦煌兩萬三千人戶，敦煌實(shí)力大為削弱。再加上西涼將注意力轉(zhuǎn)向東方，敦煌失去了經(jīng)營西域的基地作用，因此當(dāng)417年李暠去世之后，敦煌也隨之衰敗。嘉興四年（420），北涼滅西涼，西涼王李歆弟李恂據(jù)敦煌繼續(xù)抵抗。421年，沮渠蒙遜率部以水灌敦煌城，李恂派壯士出城掘堤，均被擒獲。李恂最后兵敗自殺，沮渠蒙遜屠城，敦煌丁壯遭滅頂之災(zāi)，敦煌城更加衰落。

　　　　北涼時期的敦煌衰微，沒有特別的事跡。北魏太延五年（439），拓跋燾攻占姑臧，沮渠牧犍投降，北涼實(shí)際滅亡，僅涼王諸弟仍在河西西部抵抗，其中沮渠無諱據(jù)守敦煌。442年，無諱撤離敦煌，率萬余家西渡流沙，占據(jù)鄯善，后入高昌，仍號“河西王”。北涼王族的這次撤退，帶走了大批的敦煌戶口，其中絕大部分是因北魏從東向西進(jìn)攻而聚集敦煌的河西精英。在北涼滅西涼和北魏滅北涼的兩次兵禍之中，敦煌遭到了前所未有的破壞。

　　　　442年，西涼王李暠之孫李寶乘沮渠無諱撤離之機(jī)，占據(jù)敦煌，并派李懷達(dá)入魏歸降。北魏封李寶為沙州牧、敦煌公。444年，北魏召李寶入平城，直接控制敦煌，為經(jīng)營西域和抗擊北方的柔然，于此建敦煌鎮(zhèn)。太平真君六年（445），北魏太武帝派成國公萬度歸發(fā)涼州以西兵，出敦煌，西擊鄯善，后更破焉耆和龜茲。此戰(zhàn)使西域大部分都為北魏所控制，絲綢之路再次打通，西域商人紛紛前來貿(mào)易。但好景不長，北方的柔然在此時控制了敦煌以西的西域地區(qū)，并直接控制了與敦煌最為接近的吐魯番盆地。延興二年至四年（472—474），柔然連犯敦煌，多者至三萬騎。敦煌軍民在鎮(zhèn)將尉多侯、樂洛生的率領(lǐng)下，幾敗敵軍，保住了敦煌。但在嚴(yán)峻的形勢面前，北魏上層對是否要繼續(xù)保有敦煌發(fā)生了分歧，不少人建議后撤涼州，放棄敦煌。給事中韓秀則認(rèn)為，如果放棄敦煌，不僅涼州不保，關(guān)中也無寧日。孝文帝支持韓秀的意見，為加強(qiáng)敦煌的守備，升敦煌鎮(zhèn)將為都大將。太和九年（485），穆亮任敦煌鎮(zhèn)都大將，其為政寬簡，并賑恤窮乏，敦煌經(jīng)濟(jì)得到恢復(fù)。492年，北魏出兵十萬，擊敗柔然，敦煌從此得到安寧，但長年的征戰(zhàn)和人口的流失，造成了這一地區(qū)“空虛尤甚”的局面，很難迅速恢復(fù)。

　　　　正光五年（524），北魏的北方邊鎮(zhèn)爆發(fā)六鎮(zhèn)起義。八月，孝明帝下詔改鎮(zhèn)為州，敦煌因盛產(chǎn)美瓜而名之為“瓜州”（一度易名為“義州”），轄敦煌、酒泉、玉門、常樂、會稽五郡，治所敦煌。六鎮(zhèn)起義也影響到了河西，為加強(qiáng)河西統(tǒng)治，孝昌元年（525），明元帝四世孫元榮出任瓜州刺史。永安二年（529），元榮受封為東陽王。由于敦煌地處西北一隅，未受到北魏末年戰(zhàn)亂的太大影響，即使在東、西魏分治的時期，元榮仍作為西魏的瓜州刺史，其統(tǒng)治直到大統(tǒng)十年（544）。元榮統(tǒng)治敦煌近二十年，他團(tuán)結(jié)敦煌豪右，保境安民，并出資寫經(jīng)十余部，還在莫高窟開鑿大型石窟。此時敦煌的經(jīng)濟(jì)文化得到了恢復(fù)和發(fā)展。元榮逝后，其子元康繼任刺史之位，但元榮女婿鄧彥殺康自立，西魏不得以而承認(rèn)。大統(tǒng)十一年（545），西魏河西大使申徽至敦煌，在當(dāng)?shù)卮笞辶詈热说膮f(xié)助下，捉拿鄧彥，并將其送至京師治罪。546年，申徽任瓜州刺史，為政勤簡，人民得以安居樂業(yè)。

　　　　557年，宇文覺立北周，與高洋北齊對壘。北周取代西魏之后，繼續(xù)在敦煌設(shè)置瓜州，據(jù)《周書》記載，韋真、李賢曾為瓜州刺史。565—576年前后任瓜州刺史的建平公于義，繼續(xù)了元榮在莫高窟開窟造像的活動，有碑云“建平、東陽弘其跡”。建德三年（574），北周武帝滅佛，但瓜州的佛教似乎只是開窟造像的短暫停歇，而并未受到多大的影響。

　　　　值得一提的是，自漢以來，河西地區(qū)特別是敦煌，已是文化極盛之地，文人學(xué)士大量涌現(xiàn)。從張軌出牧涼州起，就保境安民，興辦文教，選拔人才，為河西的地主階級創(chuàng)造了保存和發(fā)展自己家族和家學(xué)的有利條件，從而吸引了不少的中州人士流向河西。河西的文人學(xué)士，多出西州大姓，如安定張氏、隴西李氏、略陽郭氏、西平田氏、金城宗氏以及敦煌宋、陰、索、氾等，都是儒學(xué)大姓。河西的敦煌儒士不僅在數(shù)量上占有優(yōu)勢，在學(xué)術(shù)成就上也遙遙領(lǐng)先。此外，他們還興辦學(xué)校，聚徒授業(yè)，傳播和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)文化。這些在當(dāng)時中原動蕩、京洛公學(xué)淪廢，學(xué)術(shù)下移的背景下，為保存中國傳統(tǒng)文化作出了重要貢獻(xiàn)。