東漢中平六年（189）靈帝死，劉辯繼立為少帝。執政的何太后兄何進聯絡西園八校尉之一的袁紹，殺統領八校尉兵的宦官蹇碩。袁紹、何進等密謀盡殺宦官，並召并州牧董卓入洛陽為援。當宦官殺何進，而袁紹又盡殺宦官之時，董卓率兵入洛陽，盡攬朝政。他廢黜少帝，另立劉協為帝，即漢獻帝。董卓的專橫激起了東漢朝臣和地方牧守的反對，釀成大規模的內戰。
董卓入洛陽後，袁紹出奔冀州，東郡太守橋瑁假東漢三公名義，要求州郡興兵討伐董卓，關東州郡紛紛響應。他們分屯要害，推袁紹為盟主，相機進攻董卓。初平元年（190），董卓避關東兵鋒，挾持漢獻帝西遷長安。關東聯軍本是烏合之眾，彼此欺詐并吞，不久就分崩離析了。初平三年長安兵變，董卓被殺，關中混亂不已。
經過激烈的混戰以後，到建安元年（196）時，全國形成許多割據區域：袁紹佔據冀、青、並三州，曹操佔據兗、豫二州，韓遂、馬騰佔據涼州，公孫瓚佔據幽州，公孫度佔據遼東，陶謙、劉備、呂布先後佔據徐州，袁術佔據揚州的淮南部分，劉表佔據荊州，劉璋佔據益州，孫策佔據揚州的江東部分，士燮佔據交州。此外，張魯以道教的組織形式佔據漢中地區，置祭酒以治民。在這些割據者中，勢力最強也最活躍的是袁紹和曹操。
董卓入洛陽後，曹操逃至陳留（今河南開封東南），聚兵反抗，成為關東聯軍的一支。初平三年，他在濟北（今山東濟南長清區南）誘降黃巾軍三十萬眾，選其精銳，編為青州兵；又陸續收納一些豪強地主武裝。建安元年，他把漢獻帝遷到許縣（今河南許昌東），取得了挾天子以令不臣之勢；又屯田積穀，以蓄軍資。建安五年，曹操與袁紹兩軍進行官渡之戰，曹操以弱勝強，全殲袁軍主力；又利用袁紹二子的矛盾攻佔袁氏的鄴城，相繼佔領青、冀、幽、並四州之地，統一了中原地區。建安十二年，曹軍出盧龍塞（今河北遵化西北），打敗侵擾北方的烏桓。
建安十三年，曹軍南下，攻佔劉表之子劉琮所據的荊州。依託於荊州的劉備向南奔逃。江東的魯肅受孫權之命與劉備會晤，商討對策，諸葛亮又受劉備之命，於柴桑（今江西九江西南）與孫權結盟，共抗曹軍。孫、劉聯軍以少勝多，大敗曹軍水師於赤壁（一般認為在今湖北赤壁西北，長江南岸），迫使曹軍退回中原。這就是決定南北相持局面的赤壁之戰。曹操北歸以後，用兵於關中、隴西，把統一範圍擴及整個北方。
建安十六年，劉備率部進入益州，逐步佔據了原來劉璋（劉焉之子）的地盤。二十四年，劉備從曹軍手中奪得漢中，據守荊州的關羽也向曹軍發起進攻，但是孫權遣軍襲殺關羽，佔領荊州全部，隔三峽與劉備軍相持。
漢延康元年（220）一月，曹操死；十月，子曹丕稱帝（即魏文帝曹丕），國號魏，都洛陽，建元黃初。221年，劉備在成都稱帝（即漢昭烈帝劉備），國號漢，世稱蜀，又稱蜀漢，建元章武。孫權於221年接受魏國封號，在武昌稱吳王。222年，蜀軍與吳軍相持於夷陵（今湖北宜都境），猇亭一戰，被吳將陸遜擊敗，退回蜀中。229年，孫權在武昌稱帝（即吳大帝孫權），後遷都建業（即建康，今江蘇南京），建立吳國。猇亭之戰以後不久，蜀、吳恢複結盟關係，共抗曹魏。南北之間雖然還常有戰事發生，有時規模還比較大，但是總的說來，力量大體平衡，鼎足之勢維持了四十餘年之久。
三國疆域，大體魏得北方，蜀得西南地區，吳得東南地區。魏國置司、豫、兗、青、徐、涼、雍、冀、幽、並、荊、揚等州。其中涼州領戊己校尉護西域，幽州地境達於遼東，南部諸州大致依秦嶺、淮河分別與蜀、吳相接。蜀置益州，自秦嶺至於南中（今四川大渡河以南和雲南、貴州，因在巴、蜀之南，故名）。吳有揚、荊、交三州。三國戶口，魏有戶六十六萬餘，口四百四十餘萬；蜀有戶二十八萬，口九十四萬，吏四萬，兵十萬餘；吳有戶五十二萬餘，口二百三十萬，吏三萬餘，兵二十三萬。
魏
漢末社會中的世家大族，魏晉時稱為士族，影響很大，名士多出於這個階層，或者在政治上站在這個階層一邊。曹操由於其宦官家族的身世，一般說來不為名士所尊重，不具備戰勝出身於世家大族的割據者的政治優勢。曹操殺戮譏議自己的名士邊讓，引起兗州士大夫的激烈反抗，其勢力幾乎覆沒。東漢世家大族的代表人物袁紹，實力和影響遠勝曹操，在討曹檄文中曾辱罵曹操是「贅閹遺丑」。官渡之戰時，曹操的文武官員多與袁紹通謀。曹操為了戰勝強大的對手，不得不度外用人，即從較低的社會階層中網羅有能力的人才。後來他一再發布「唯才是舉」的教令，拔用那些不齒於名教但有治國用兵之術的人。但曹操選官的真正準則並不是「唯才是舉」，而是「治平尚德行，有事賞功能」。曹操不但不曾籠統地否定世家大族素所強調的德行標準，而且很重視對名士的爭取。在其帷幄中有許多名士。官渡戰前，徐州混亂，他曾派出名士陳群、何夔等人出宰諸縣，以圖穩定局勢。曹操得鄴城後，立即辟用袁紹原來轄區內的名士；破荊州，也儘力搜羅本地的和北方逃來的士人。曹操越到晚年，越是以慎德為念。
曹操死後數月，曹丕在尚未代漢稱帝之時，採納了陳群建議的九品官人之法，選擇賢而有識鑒的官員，兼任其本郡的中正，負責察訪與他同籍而流散在外的士人，評列為九品，作為吏部授官的依據。這就是九品中正制。魏國齊王芳時，又增設州中正。九品中正制初行時，士人品定之權掌握在政府的中正手裡，中正採擇輿論，按人才優劣評定品第高低，多少改變了東漢末年名士臧否人倫、操縱選舉的局面，有利於政權的穩定。但在士族階層發展和易代紛紜的歲月中，此制並不能長久地超然於士族勢力和政局之外而堅持其既定準則，西晉時已是「上品無寒門，下品無士族」，九品中正制反而成為鞏固士族力量的工具。
為保持固定的兵源，曹魏建立了士家制。士家有特別的戶籍，男丁世代當兵或服特定的徭役。士家身份低於平民，士逃亡，妻子沒官為奴。冀州士家有十萬戶以上。
曹操勢力得以不斷壯大，經濟上主要得力於屯田。曹操於建安元年破汝南、潁川黃巾，奪得大批勞動人手、耕牛和農具，在許昌附近開闢屯田區。接著，許多郡國都置田官，招募流亡者屯田。屯田區一般都在易墾或衝要地點，自成系統，不屬郡縣。屯田民是國家佃客，以四六分（用官牛的）或對分（不用官牛的）向國家繳納地租，但不負擔另外的徭役。一部分屯田用軍士屯墾，稱為軍屯。屯田者的生產有政府保障，其勞動生產率比郡縣的自耕農民高，在短期內屯田即能保證軍糧的需要。齊王芳時，由壽春到洛陽一線，軍士屯田取得很大的成果。
曹操進駐冀州後頒行租調製，對土地所有者（包括自耕農和地主），每畝土地徵收田租谷四升，每戶徵收戶調絹二匹、綿二斤。戶調取代漢代沉重的人頭稅，對農民有好處，也有利於大族豪強庇蔭佃客。曹操命令加重對豪強兼并行為的懲罰，但大族豪強兼并事實上難於阻止。
隨著北方的統一和屯田制、租調製的施行，北方社會秩序趨於穩定，生產逐漸恢複。政府修整道路，興建水利，便利了交通和漕運。恢複的冶鐵業中，利用水力鼓風冶鑄的水排得到推廣，絲織業也興盛起來。商品交換漸有起色，魏明帝時重新頒用錢幣。洛陽、鄴城日趨繁華。魏國與日本境內的邪馬台國保持著較頻繁的交往。西域諸國也有使臣和商人往來內地。
文化方面，文學、哲學和科學技術都有重要成就。曹操、曹丕、曹植父子都是著名詩人，還有以王粲、陳琳為代表的所謂建安七子。三曹和建安七子在詩歌創作上形成「建安風骨」，留下許多名篇。才華橫溢的女詩人蔡琰（文姬）有《悲憤詩》傳世，著名的樂府敘事詩《孔雀東南飛》也創作於建安時期。以何晏、王弼為代表的玄學的產生，是哲學思想的突出成就。後世稱為「醫聖」的張仲景，著《傷寒雜病論》（後人析為《傷寒論》及《金匱要略》二書），奠定了中國醫學體系的基礎。華佗則精於外科手術，首創用麻沸散作手術麻醉劑。數學家劉徽在圓周率計算上有重大貢獻。馬鈞在機械上有多種發明，包括提水工具翻車。在宗教方面，道教由於黃巾起義和張魯保據的失敗，略有沉寂，佛教則繼續流傳。洛陽有佛寺，西域僧人前來傳法譯經。潁川人朱士行遠赴于闐求經，是第一個西行求法的漢僧。
魏國建立不久，政權開始衰敗。齊王芳在位時發生了輔政的宗室曹爽和太尉司馬懿的權力之爭。曹爽重用名士何晏、鄧颺、李勝、畢軌、丁謐等人，改易朝典，排斥司馬懿。司馬氏是東漢以來的世家大族，司馬懿本人又富於謀略，屢有軍功。景初二年（238），他率軍平定公孫淵，使遼東歸入魏國版圖。正始十年（即嘉平元年，249），又乘曹爽奉齊王芳出洛陽城謁高平陵的機會發動政變，逼迫曹爽屈服，並處死曹爽及其黨羽，獨攬朝政，史