东汉末年，出现了三国（魏、蜀、吴）鼎立局面，随后进入两晋（西晋、东晋十六国）、南北朝（南方宋、齐、梁、陈和北方北魏、东魏、西魏、北齐、北周）时期（220-589）。这一时期，由于军阀割据和边疆地区匈奴、鲜卑、羯、氐、羌等族相继进入中原，形成民族对立纷争、王朝更替频仍、国家分裂与统一交织的局面。在这一过程中，北方促进了各民族大融合，南方因少战乱经济得到发展，科学文化随之昌盛。刘徽在其《九章算术注》中创立的割圆术，含有极限概念，为计算圆周率和圆面积探索出精密方法，成为世界数学史上的名着。祖冲之将圆周率π值推算到3.1415926和3.1415927之间，精确到小数点后第七位数字，这在世界数学史上尚属首次。葛洪的炼丹术名着《抱朴子》包含重要的化学成就。贾思勰的《齐民要术》，总结了南北朝及南北朝以前的黄河、淮河地区各类农作物的生长规律，上升为比较系统的农业科学理论，是中国现存最完整的农书，也是世界农学史的优秀着作之一。
王叔和的《脉经》是中国最早的脉学专着，6世纪传到朝鲜和日本，17世纪传到欧洲。皇甫谧的《针灸甲乙经》是最早的针灸学专着。范缜的《神灭论》否定“神不灭”、“因果报应”等有神论，是中国思想史的宝贵遗产。郦道元的《水经注》，是以河流为纲，详记全国水系水文和风土人情的地理名着，也是优秀的山水文学名着。南北朝的乐府民歌和新兴的文体骈文，以及刘勰的文学理论批评着作《文心雕龙》，是这一时期的文学珍品。书法艺术经历了秦篆、汉隶阶段之后，进入了楷书阶段，出现了钟繇、王羲之等大书法家。王羲之的《兰亭序》被后人称为“天下第一行书”。由于佛教的兴盛和中外僧侣的频繁往来，产生了慧皎的《高僧传》和法显的《佛国记》，为研究佛教史和中西交通史，以及南亚次大陆各国的历史提供了重要资料。南北朝时期，与佛教同步发展的石窟艺术魅力独具，始创于这一时期的大同云冈石窟、甘肃敦煌石窟和麦积山石窟、洛阳龙门石窟是其代表。
隋（581-618）、唐（618-907）两代，是中国封建社会又一个发展高峰。这个高峰始于隋，成于唐。唐太宗李世民励精图治，治国有方，以海纳百川的胸襟，对前朝的成败得失取长弃短。在政治方面，完善和强化中央集权的三省（尚书、门下、内史，其中内史后改称中书）六部（尚书省下又设吏、户、礼、兵、刑、工各部）制度，在皇帝的统一掌控下分掌中枢政务。地方行政管理改为州、县两级，通过科举考试选拔官吏。在经济方面，继续推行始于北魏的土地制度“均田制”和按人丁征税制度“租庸调”。后改为按土地和财产多少征收地税和户税，分夏秋两季征收，称“两税法”。这些制度卓有成效地促进了经济发展和文化繁荣，使唐朝成为声名远播的大国，幅员超过了汉朝，东北起自黑龙江以北地区至海，北达土拉河畔（今俄罗斯中西伯利亚高原），西北逾葱岭，南抵林邑（今越南中南部）。在这一过程中，隋朝起了奠基作用。
隋朝的功绩之一是修建了多条运河，特别是连接南北水上交通的大运河。这一系列运河，沟通了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，把京师大兴城（今陕西西安）、东都（今河南洛阳）、涿郡（今北京）、江都（今江苏扬州）、吴郡（今江苏苏州）、余杭（今浙江杭州）等通都大邑连接起来，长约2700公里，成为贯通东南西北的水路运输大动脉。隋朝工匠李春设计、监造的赵州安济桥，是当时世界上跨度最大的一座单孔石拱桥，在桥梁建筑史上是首创。
唐朝的科技成就更为引人瞩目。制陶工艺由单色釉发展到多色釉，以黄绿白为基调的釉陶艺术品，通称“唐三彩”，以三彩马最为有名。
农业生产创制了功率较大的灌溉工具——水转筒车，并把旧的直辕犁改为曲辕犁。种植、加工茶的技术日益得到了推广和提高，陆羽完成了世界上第一部有关茶的专着《茶经》。这一时期颁行的世界上第一部由国家编定的药典《新修本草》，比欧洲早800多年。医学家孙思邈在伤寒学、针灸、养生、妇科、儿科等方面均有创见，记录在其所着之《备急千金要方》和《千金翼方》中。数学家李淳风审定并注解中国古代算学名着，编选出《十部算经》。僧一行发现了恒星位置变动，通过实测得出地球子午线1°的长度为123.7公里，这在世界上又是首创。李吉甫《元和郡县图志》是现存最早的地方总志。贾耽首创沿革地图绘制体例，绘出大型的《海内华夷图》。市政建筑也有发展。唐朝长安城是在隋朝大兴城的基础上扩建的，分宫城、皇城和外郭城三部分，街道宽阔整齐，两侧是建筑物、绿化带和排水沟。宫城居北，为宫殿区；其南为皇城，系中央衙署所在地；再南为外郭城，是住宅、寺院、道观、商业区。外郭城聚集着来自各地的少数民族和亚洲一些国家的商人、留学生。长安城是当时拥有百万人口的国际性大都市。
唐朝文风更盛。诗歌是文学发展的新高峰，仅《全唐诗》就收集2200多家的5万多首作品。李白、杜甫、白居易、元稹、李商隐、杜牧等在诗坛各领风骚。唐朝重视“以史为鉴”，由宰相主持官修“正史”成为制度。唐代官修的史书，在二十四史中占有八种。刘知几的《史通》是中国第一部史学评论着作，对唐以前的史学作了全面总结。杜佑的《通典》则梳理历代典章制度，开“政书体”之先河。唐朝的书法绘画也很出色。书法艺术包罗万象：篆书有李阳冰，隶书有韩择本，楷书初唐有虞世南、褚遂良、欧阳询，盛唐有颜真卿、柳公权，草书有张旭、怀素等。绘画在构图、技法方面均有新的创获。阎立本、吴道子擅长画人物，李思训父子、王维擅长画山水，曹霸擅长画马，韩滉擅长画牛。吴道子被尊为“画圣”。雕塑精品有昭陵六骏和龙门石窟卢舍那大佛等。雕塑家杨惠之被尊为“塑圣”。唐朝与域外文化交往空前活跃。
日本曾派遣唐使十多次，每次达数百人。其中阿倍仲麻吕（汉名晁衡），曾仕于唐朝。鉴真和尚于天宝年间，自扬州启程赴日传经弘法。在此之前，玄奘曾西行求法，从长安出发，到达今中亚、南亚的乌兹别克斯坦、阿富汗、巴基斯坦、克什米尔、尼泊尔、印度等国家和地区，历时十数年，行程五万里，归后写成的《大唐西域记》是研究他所到诸国的重要史料。
公元907年，唐朝灭亡。此后的半个多世纪是“五代十国”时期（907-979），即黄河流域相继更迭的后梁、后唐、后晋、后汉、后周等“五代”，以及从长江流域到珠江流域先后存在的吴、南唐、吴越、前蜀、后蜀、闽、南汉、楚、荆南和黄河流域的北汉等“十国”。公元960年，赵匡胤建立宋朝并随后统一了全国绝大部分地区。宋朝又分为北宋（960-1127）和南宋（1127-1279）两个时期。此间与宋朝先后并立的还有契丹、党项、女真等族建立的辽（916-1125）、西夏（1038-1227）、金（1115-1234）等王朝。
这一时期，各个王朝经济和文化均有发展。两宋特别是南宋，农业进一步发展，水区圩田和山区梯田面积剧增，麦稻播种区域扩大，尤其是麦稻两熟和双季稻的种植，产量也随之提高。茶树、甘蔗、桑麻、棉花、柑橘、荔枝等经济作物普遍推广。手工业如丝织、制瓷、造纸和活字印刷、造船、采煤、冶铁、煮盐等部门成就显着。商品交换日趋活跃，农村集市逐渐增多，有的发展为城镇，出现了交子、会子等纸币。
张择端的名画《清明上河图》反映了北宋首都汴京（今河南开封）城乡经济繁荣景象以及各阶层民众生活。
宋朝科学技术的突出成就是指南针、印刷术和火药三大发明的开发和应用。曾公亮、丁度编着的《武经总要》，记载了火药配方和包括原始火箭在内的各种火器，以及用于航海的水罗盘指南鱼的制造工艺。苏颂在其《新仪象法要》中描述了他与人合作创造的以水轮运转观测、记录、报时的天文仪器——水运仪象台，被誉为世界天文钟的鼻祖。毕昇在唐代雕版印刷术的基础上，创造了胶泥活字印刷术，比欧洲早400年。沈括的《梦溪笔谈》是一部以笔记体裁写成的科学技术论着，内容囊括天文、数学、物理、化学、地质、地理、气象、医学、工程技术等领域。宋慈的《洗冤录》是世界第一部法医学专着，今已被译成英、法、荷、德、俄、朝、日等国文字。建筑学家李诫着《营造法式》，作为权威性建筑法规指导中国建筑业千年左右。
宋朝的文学艺术瑰丽多彩，成就首推是词。作者依调填词，按内容和风格分为婉约、豪放两大派，前者以秦观、李清照为代表，后者以苏轼、辛弃疾为代表。《全宋词》共收集1330多家的词作约2万首。散文创作涌现出欧阳修、苏洵、苏轼、苏辙、王安石、曾巩等佼佼者，与唐代的韩愈、柳宗元一起被称为“古文八大家”，对后世影响很大。书法名家辈出，苏轼、黄庭坚、米芾、蔡襄等均为领军人物。宋徽宗赵佶独创“瘦金体”。史学着作主要有司马光主编的《资治通鉴》，这是一部上起战国下至五代的编年史。全书取材审慎，内容翔实，体例严谨，文字简洁，重点突出国计民生。袁枢根据《资治通鉴》编着《通鉴纪事本末》，首创了将史实分别立目，独立成篇，各篇按时间顺序排列的纪事本末体。考古学前身金石学的出现，为史学研究开辟了新领域。欧阳修《集古录》和赵明诚《金石录》是代表作。
宋朝的教育较前代大有进步，重教崇文之风盛行。除了官办的各类学馆，还有民办的书院、私塾和蒙童学馆。四书成为重要教材，高深的经书由五经扩充为十三经，蒙学教材如《三字经》《百家姓》《千字文》等广泛流传。
13世纪初，兴起于中国北方草原的蒙古族，在铁木真即成吉思汗的率领下，首先统一蒙古族各部，于1206年建立大蒙古国，继而灭掉西夏、金，其后继者忽必烈于1271年改国号为“大元”，并迁都大都（今北京），正式建立元朝，1279年灭掉南宋，统一中国。元朝以农桑为急务，完善管理农业生产机构，颁发《农桑辑要》，推广农业生产先进技术。王祯的《农书》由《农桑通诀》《百谷谱》《农器图谱》三部分组成，着重总结农业生产经验，叙述各类农作物的种植方法，以及农具的构造、使用和推广。手工业发展最快的是棉纺织业，乌泥泾（今上海市郊华泾镇）人黄道婆引进并改进海南黎族先进的纺织工具和技术，提高了生产效率。郭守敬是中国古代天文学发展的高峰。他主持修订了处于当时世界先进水平的历法《授时历》，研制成了简仪、仰仪、高表、正方案等多种仪器，在全国范围内进行了空前规模的“四海测量”，最南端的南海测点定在今中沙群岛附近的黄岩岛。数学家朱世杰，以天、地、人、物为四元（即四个未知数），求得联立高次方程组解法，所着《四元玉鉴》一书被欧洲人誉为“中世纪最杰出的数学着作之一”。元朝发明的应用于计算的算盘，俗称珠算，在电子计算器出现之前，始终是世界最先进的计算器，先后流传到朝鲜、日本、东南亚和欧洲一些国家。元朝新出现的元曲是杂剧与散曲的合称，其中杂剧的成就更高，代表作是关汉卿的《窦娥冤》和王实甫的《西厢记》。由于亚洲、欧洲、非洲一些国家的使者、商人、传教士和旅行家在元朝纷纷涌入中国，扩大了中国同世界的联系。意大利人马可·波罗侨居中国17年，根据所见所闻撰写了享誉世界的《马可·波罗游记》。
中国封建社会发展到明朝（1368-1644）和清朝前期（1644-1840），特别是清朝“康乾盛世”，经济社会发展透露出资本主义的最初曙光。在明朝中期，农业生产水平已远超前代。黄河流域小麦和其他作物广为套种，东南沿海双季稻种植面积大增，岭南还出现了三季稻；棉花种植遍及南北，蚕桑业兴旺发达；果木、蔬菜品种增多，出现了专业经营。手工业更有“三百六十行”之说。丝、棉纺织业生产采用了脚踏纺轮和手纺双线或三线的纺车。制瓷业中心景德镇共有官窑和民窑千座。造船业在世界上遥遥领先，已能建造远洋巨型海船，除用指南针辨别航向外，还使用了计程法、测深器、海图绘制等先进科学技术。明朝商品经济更加活跃，出现一批新兴城市，白银成为普遍流通的货币。可惜，由于明朝末年社会矛盾尖锐，战争频仍，影响了资本主义萌芽的成长势头。
与经济发展相辉映，明朝产生了三部科技名着，即李时珍的《本草纲目》、宋应星的《天工开物》和徐光启的《农政全书》。《本草纲目》收入动物、植物和矿石药物1892种，提出了接近现代的本草学自然分类法，传到欧洲后，被生物进化论创始人达尔文等现代科学家引用。
