晋大兴二年（319年）鲜卑族慕容廆再建前燕，攻陷辽东郡，占据襄平，并把辽河以东地区划为辽东属国，治所在襄平。前燕时期，平州下辖辽东、辽西等10郡，辽东郡辖襄平、居就、安市等12县，州府、郡府均设在襄平县。东晋咸和八年（333年），慕容廆死，子慕容皝嗣位，辽东国仍治襄平，辖襄平、居就等8县。东晋太元五年（380年），前秦灭前燕，辽东归前秦管辖，平州、辽东郡领县及治地均同前燕。公元384年，慕容皝子慕容垂起兵复国，是为后燕，平州、辽东郡领县及治所均同前秦。
东晋末，中国北方高句丽部族兴起。公元404年（东晋元兴三年）高句丽据有辽东之地，改襄平城为辽东城。襄平一名由燕国始称，至此废除。
北魏太延元年（435年），高句丽王琏派使臣进贡于北魏，北魏拜琏都督辽海诸军事，为辽东郡公，高句丽王。公元492年，后魏以高句丽王云都督辽海诸军事，为辽东郡开国公。公元519年高句丽王云卒，以世子安为辽东郡开国公、高句丽王。北周武帝建德六年（577年），封高句丽王阳为辽东郡开国公，辽东王。在高句丽族占据辽东城时，城郭位置和规模与西汉时期相同。
由前燕至南北朝末期近300年间，辽东地区先后由前燕、后魏、北周等王朝统治。这个时期，各族统治者在此割据，互有战争，致使秦汉以来发展起来的辽东经济，遭到破坏，襄平社会动荡，不再见昔日繁华景象。
隋朝时期，辽东地区仍沿用高句丽族的建制。隋王朝不容忍地方割据势力存在，曾三次出兵辽东，均遭失败。
唐贞观十九年（645年），唐太宗李世民亲率大军征讨高句丽，始克辽东城（今辽阳市老城区）。唐朝占领辽东城后，以其城为辽州。次年罢，仍称辽东城。同年，唐军攻取白岩城（今燕州城），以其地改为岩州。唐高宗总章元年（668年），唐军攻陷平壤，设安东都护府，管辖9个都督府，42个州，100个县。公元676年安东都护府迁至辽东城。
公元10世纪，契丹族兴起，建国称辽。神册三年（918年），辽太祖耶律阿保机攻占辽东城，置辽阳府。翌年，在襄平老城的基础上，修葺辽阳故城，改为东平郡，置防御使，并“铸铁凤以镇之”，因称铁凤城。天显三年（928年），辽太宗耶律德光即帝即位，改辽阳府为南京，作为辽代的陪都，迁东丹国首都于辽阳，建东丹王宫（今辽阳市老城东北隅），徙耶律倍居之（辽天显元年即公元926年，辽灭渤海，改其国为东丹国—东契丹之意，立太子耶律倍为人皇王）。辽会同元年（938年），改南京为东京，置辽阳府。设东京道，统辖40州。其辖境西至今康平县以西大凌河下游，东临滨海（日本海），东南至今鸭绿江下游南岸，北至今松、嫩合流起点，东北直达黑龙江下游。东京辽阳府辖辽阳、仙乡、鹤野、析木、紫蒙、兴辽、肃慎、归仁、顺化等9县。辽圣宗太平九年（1029年），被迁徙至辽阳的渤海人，为反抗辽朝当局加税和虐待船工而起义。东京辽阳府军事首领渤海人大延琳参加起义，取得领导地位并宣布独立，建立政权，定国号为兴辽，建元天庆。一年之后，起义失败。辽天祚帝天庆六年（1116年），渤海人高永昌联合汉人在东京（辽阳）起义，自称大渤海皇帝，改元隆基，数月后失败。
东丹国在辽阳首尾50余年，这里是辽国五京之一，在契丹、汉族、渤海、女真、高句丽等族人民的辛勤开发下，辽海地区已成为“边户数十万，耕垦千里”的富庶农业区。辽代末，北方又一个少数民族——女真族兴起。公元1115年，阿骨打称帝，国号金，定都会宁府（今阿城县白城子）。1116年金国起兵攻克东京辽阳府（今辽阳市），仍因袭辽制，以辽阳为东京（亦称东都），作为陪都之一。以后改东京道辽阳府为东京路辽阳府，路、府均治辽阳老城。东京路下属辽阳府、婆娑府、澄州、沈州、贵德州、盖州、复州等2府5州。辽阳府辖4县1镇；辽阳县、鹤野县（今唐马寨镇附近）、宜丰县（今弓长岭区附近）、石城县（今灯塔县西大窑镇境内燕州城）、长宜镇。长宜镇隶属鹤野县。金代辽阳府城的规模与辽代同。
公元1155年，金世宗完颜雍来到东京辽阳府，出任留守官兼府尹，掌握军政大权。他通过在辽阳为尼的生母渤海李氏的家族关系，联络李氏世家集团势力的代表李石，又联络与李氏家族有姻亲的张氏世家大族，以及辽阳地区的权官武将完颜独吉义、完颜福寿等人，拥兵自为。1161年，完颜雍在东京辽阳府正式称帝，年号大定，开始了金代五世帝业。同年十二月进入北京，登极贞元殿，取代海陵王（完颜亮）朝，夺得金朝中央政权。
