從東漢末到三國兩晉南北朝，由於政局動蕩不安，關中農田水利，或無暇維修，或遭戰爭破壞，總的說處於衰敝狀態。其中因為曹魏和西魏的經營，只有成國渠繼續得到發展。
關中是曹魏對蜀戰爭的基地，在這裡駐有重兵，它從軍糧和漕運的需要出發，對成國渠進行了兩次擴建。第一次在魏明帝太和二年(公元228年)，魏臻首先將成國渠由郿縣向西伸展到寶雞，伸長渠道100多里。這一段新渠以渭水上游主要支流汧水(千水)為水源。第二次在魏明帝青龍元年(公元233年)，在司馬懿主持下，又將成國渠向東伸展100多里，到涇水入渭附近。西魏立國關中，帝祚雖然很短，只有22年(公元535—556年)，但為了保證必要的糧食生產，在文帝大統十三年(公元547年)，在武功西面築六門堰，彙集渭河以北一些小水，以補充成國渠的水量。經過兩魏時期的施工，成國渠的溉田面積雖然仍未超過鄭白渠 ，但它已成為關中最長的灌渠了。
到隋唐，特別是唐朝，經濟、政治力量空前強大，政局穩定的時間也較長，為關中水利的復興和擴建創造了條件。同時，由於唐都長安人口急劇增加，大大超過了漢都長安，唐長安的缺糧問題也比漢朝嚴重。唐高宗、武則天和唐玄宗在位期間，因為京師缺糧，都不止一次地帶著大批官吏、軍隊，就食東都洛陽。因此，對唐政府來說，迫切地期望增加關中糧食的產量。在唐政府的推動下，唐時的關中與西漢一樣，形成了又一次修建水利的高潮。
經兩魏時期的努力，已有一定基礎的成國渠，仍是唐朝施工的重點工程之一，一再進行治理。比較重要的有：唐太宗貞觀年間(公元627—649年)，徵調九州夫匠，修治成國渠的渠道；武則天聖歷年間(公元698—700年)，引武安水以增加成國渠的水源；唐代宗大曆六年(公元771年)和唐懿宗咸通十三年(公元872年)，兩次大修六門堰，增引韋川、莫谷、香谷等水，進一步豐富了成國渠的水量。成國渠經過這樣一系列的改造，可溉武功、興平、咸陽、高陵等縣農田20000餘頃，溉田面積大大超過了鄭白渠。唐後期，成國渠更名為渭白渠。
鄭國渠和白渠都是秦漢時期關中地區最重要的農田水利工程。鄭國渠由於工程上存在一些問題，其下游在漢朝時，大多已經報廢。後來，它的上游除一部分與白渠聯網外，也陸續湮塞。唐朝的鄭白渠，實際上是以白渠為主的渠系。鄭白渠當時形成三大支流，最北面的為太白渠；由太白渠引出，在太白渠南面的一支叫中白渠；由中白渠引出，最南面的一支叫南白渠。唐以後鄭白渠往往又稱三白渠。鄭白渠溉雲陽(治所在今涇陽縣北)、三原、下邽〔gui龜〕(治所在今渭南縣北)、高陵、櫟陽、涇陽等縣農田(圖8)。
鄭白渠也是關中平原上重要的灌渠，對它的維修和治理，唐朝也非常重視。與對成國渠一樣，在這裡也設有專門的水利機構，進行管理。在工程上，建成很堅固的名為將軍翣〔sha霎〕引水壩，它的長寬各100步(每步五尺)，用塊石砌築，塊石間鑄鐵錠連接。還曾一再整理渠道，以保證流水暢通。但是仍因涇水含沙太多，特別是權貴們在渠上肆意建造水碓、水磨等，造成渠水大量流失，因此，雖然維修較勤，鄭白渠的溉田面積仍然逐步縮小，由10000多頃下降到幾千頃。
水碓、水磨是利用水力碾米、磨麥的設施，達官貴人既可用它加工自己的糧食，又可向外出租，競相修建，嚴重影響溉田。為此，管理渠道的官吏不得不一再下令制止，但很少見效。最後皇帝只好親自出面干預，如唐代宗，他不僅下詔拆除，還勸說其女昇平公主和駙馬都尉郭曖(郭子儀之子)率先執行，在達官貴人中起帶頭作用。據《舊唐書·郭曖傳》載，「由是，勢門碾磑八十餘所，皆毀之」。但不久，他們又紛紛修建。
除上述引渭、引涇等灌渠外，唐朝關中修建的較為重要的農田水利，在黃河、洛水之間，先則有唐高祖武德七年(公元624年)，自龍門引黃河水灌韓城一帶農田6000餘頃。繼而到唐玄宗開元七年(公元719年)，同州(治所在今陝西大荔縣)知府姜師度，又引洛水、黃河水灌朝邑縣(今大荔東南)稻田2000餘頃。在長安西面，還建有賀蘭渠，引灃水(一作豐水或酆水)灌渭南農田10000餘頃。此外，隋唐時在渭南還有廣通渠，兼有漕運和灌溉之利。