东汉末年，洛阳遭到严重破坏。《后汉书·董卓列传》记载：汉献帝初平元年(190年)，董卓胁迫献帝迁都长安，“尽徙洛阳人数百万口于长安”。董卓自屯毕圭苑中，“悉烧宫庙官府居家，二百里内无复于遗”。又使吕布领兵发掘诸帝王陵墓及公卿以下冢墓，收其珍宝。至建安元年(196年)七月，杨奉、韩暹等奉帝还洛阳时，宫室烧尽，百官披荆棘，依墙壁间。整个洛阳城一片惨象。

公兀208年，割据四方的豪强在湖北赤壁大战。此战结果，导致三国分立局面，即由曹操领导的魏国、由刘备领导的蜀国和由孙权领导的吴国。他们分别在自己的范围内，整顿和革除一些东汉的恶政，力图强民富国，最后代替汉王室，统一全中国。

建安二十五年(220年)，魏王曹操之子曹丕逼汉献帝“禅位”，篡汉自立，即位于许昌。废献帝为山阳公，改元黄初。至此，东汉亡，曹魏建立。这年十二月，魏文帝曹丕大营洛阳宫，并迁都洛阳。魏文帝下传五帝，共四十六年。刘备于公元221年在成都称帝，国号汉；孙权在建业(今江苏南京)称吴王，公元229年称帝，史称孙吴或东吴。魏、蜀、吴三国鼎立的时代，历史上称为三国时代。

魏咸熙二年(265年)司马昭之子司马炎篡魏自立，在洛阳即位，废魏帝曹奂为陈留王，改兀泰始，史称西晋。晋武帝司马炎下传三帝，共计五十二年，皆定都洛阳。至晋元帝司马睿避五胡之乱，迁都建康(今江苏南京)。因建康在洛阳之东，史称东晋。