县境筑令居以西塞，开始经营河西地区。元鼎六年（公元前111年），徐自为打败羌人，攻占了河湟地区；汉在河西设置了酒泉郡、张掖郡，并改置令居塞为令居县（今永登县城附近）；还设置了浩亶县（今永登县河桥镇附近）、允吾县（在今青海省民和县古都乡），移民充实新县。[40]昭帝始元元年（公元前86年），在今兰州市始置金城县，属天水郡管辖。始元六年（公元前81年），又置金城郡。宣帝神爵二年（公元前60年），赵充国平定西羌、屯兵湟中后，西汉在金城郡的统治得到加强，先后又新置七县。
北魏神府二年（公元429年），吐谷浑攻占西秦金城郡，不设郡县，臣服北魏。太延五年（公元439年），碑文占领今兰州地区，初在汉榆中县治设榆中镇，沿治广武郡。太平真君六年（公元445年），置临洮郡，后置子城县，属临洮郡，撤并广武郡的令居、永登、枝阳3县，置广武县，为郡治，撤金城郡及金城、浩亹、允街3县，划金城县地于武始郡勇田县。北魏孝明帝（公元516-528年）时，复置金城郡，领子城、榆中2县，郡治在子城县（在今东岗镇一带），属河州；并永登、令居、枝阳3县为广武县，属广武郡，为郡治，属都州，所辖包括今永登县、天祝县。北周沿袭北魏建制。
隋文帝开皇元年（公元581年），置兰州，以皋兰山为州名，领金城郡，金城郡领子城县。开皇三年（公元583年），因全国州郡多而辖地小，遂废郡存州，省金城、武始、广武三郡并入兰州；废勇田县，在今兰州城区置五泉县；改广武县为邑次县，寻又改为广武县。兰州领子城、五泉、广武、狄道四县，州治子城县。隋代的兰州大致在今兰州市辖境范围内。隋炀帝大业三年（公元607年），改州为郡，兰州改称金城郡，子城县改为金城县，为郡治；广武县先改称允吾县，后又改称会宁县，属武威郡。[40]
唐高祖武德二年（公元619年），复置兰州，废金城县入五泉县，为州治；[40-41]兰州领五泉、广武、狄道三县。后又改五泉县为金城县。唐玄宗天宝元年（公元742年），改兰州为金城郡，改金城县为五泉县。天宝三载（公元744年），析金城郡狄道县置狄道郡，金城郡领金城、广武二县。唐肃宗乾元元年（公元758年），复改郡为州，金城郡复名兰州。