這時期，中醫藥學進入了一個全面發展的新階段。在醫學理論，臨床各科的診斷治療，本草學，以及醫藥學教育等方面，都有重大的進步。
在醫學理論方面，隋大業六年(公元610年)太醫博士巢元方等受命對前人的醫療經驗進行總結，編著成《諸病源候論》一書。這是中國歷史上內容最豐富的探討病因病機的一部專著。全書50卷，分67門，有1720論，論述了內、外、婦、兒、五官等各科疾病的病因、病理和癥狀。其中對一些疾病的起因有不少創見，突破了前人的定論，發現和描述了一些真正的病源。
在臨床醫學方面也取得了顯著的進展，出現了大量的方書。其中，隋代編纂的《四海類聚方》達2600卷，卷帙浩瀚，為前所未有的著作，可惜早已佚亡。現在著名的有唐代的《千金方》、《外台秘要》，宋代時官修的《太平聖惠方》、《太醫局方》、《聖濟總錄》、《校正太平惠民和濟局方》等。
《千金方》是《千金要方》和《千金翼方》的簡稱，作者是傑出的醫學家孫思邈〔miao秒〕。孫思邈(公元581—682年)，京兆華原(今陝西耀縣)人。一生勤奮好學，「青衿之歲，高尚茲典，白首之年，未嘗釋卷」(《千金要方·自序》)。他精通醫學，有很深的造詣。他曾總結行醫的經驗，提出「膽欲大而心欲小，智欲圓而行欲方」，作為行醫準則。他改變了以往那種論病、用方、用藥都本古代醫經的做法，兼取各家醫說和成就，結合自己的臨床治療經驗，加以發展。他在醫學理論、內外科、婦幼科、針灸，特別是在處方用藥等方面，都在醫藥史上做出了重要的貢獻，被後世尊為「藥王」。更為可貴的是，他的醫德非常高尚，把「不為利回，不為義疚」(《舊唐書·孫思邈傳》)作為醫生行為方正的標準，並身體力行。
《千金要方》30卷，是孫思邈積50多年的臨床經驗，結合曆代醫學典籍而著成。其內容包括中醫基礎理論和臨床各科的診斷、治療、針灸、食治、預防、衛生等，並把婦科病和小兒護理放在重要的地位。《千金翼方》30卷，是他集晚年近30年的經驗而寫成，作為對《千金要方》的補充，內容以本草、傷寒、中風、雜癰等的記述最為突出。書中計收載當時所用藥物800多種，還補充了許多治療方法，對外來醫藥也有所涉及。書名「千金」，則是取「人命至重，有貴千金」(《千金要方·自序》)之義，表達他對治病救人的重視。
兒科學在這時期受到了充分的重視，出現了《小兒葯症直訣》、《小兒病源方論》、《小兒痘診方論》、《小兒衛生總微論》等一批專著。
骨傷科和外科學在這時期也有長足的進步。成書於公元841年的《仙授理傷續斷秘方》，是中國現存最早的治療骨折和脫臼的專著。元代危亦林的《世醫得效方》更是一部很有影響的骨科專著，其所載應用懸吊複位法治療脊椎骨折，是骨科治療的一大創舉。書中所記「草烏散」和宋代《扁鵲心書》中的「睡聖散」，是繼華陀「麻沸散」之後關於麻醉劑的重要記載。而宋代的《集驗背癰方》、《外科精要》和元代的《外科精義》，強調外科以內科為本，主張內外兼治，則是對從整體觀念出發的治療思想的進一步發展。
在本草學方面，撰成於公元659年的唐代《新修本草》，是中國歷史上的第一部國家藥典，也是世界上由國家頒行的最早藥典。它由唐朝廷組織20餘位醫學家和學者集體編修。在編修過程中又「普頒天下，營求藥物」，徵集全國各地所產的藥物，並令繪出實物圖譜，以供編修之用。全書54卷，分葯圖、葯經和本草三部分，收載藥物844種，其中考正過去本草經籍所載有差錯者400餘種，新增藥物百餘種。書中詳細記述了藥物性味、產地、功效及主治的疾病。宋代朝廷繼承了這一創舉，先後編修了《開寶本草》、《嘉祐本草》。隨之又下詔，命令各地州郡繪製所出產的藥草圖，送京師開封，由蘇頌整理、編纂成《圖經本草》。而《證類本草》雖為唐慎微所著，但宋朝廷三次組織修訂，先後頒行《大觀經史證類備用本草》、《重修政和經史證類備用本草》和《紹興校定經史證類備急本草》，成為私著官修藥典，並在《本草綱目》刊行之前成為本草學的範本。《本草衍草》則是這時期較有影響的私著本草著作，它與《證類本草》有著補充發明之功。
由於朝廷的重視，這一時期的醫療機構已相當完善，醫學教育也相當健全，為當時世界所僅有。其中值得特別提出的是，宋醫官王惟一著《銅人腧〔shu恕〕穴針灸圖經》，並創製針灸銅人模型兩具，在針灸學的教學和醫師考核中發揮了很大的作用。