從東漢開始陸續遷入黃河流域的匈奴、鮮卑、羌、氐、羯、盧水胡、丁零等族，到西晉時已經有了不小的數量。在長期與漢族和各族的雜居中，經濟文化水平都有了一定的提高，尤其是各族的統治者和上層人士，大多已具有相當強的政治、軍事才幹，適應了中原的生產和生活方式。這些民族的首領既要擺脫漢族統治者對他們的歧視和壓迫，也要乘機奪取權力和財富，成為地區以至全國的主宰。西晉皇族和統治集團內部的火併給他們提供了最好的機會，於是十幾個政權先後在黃河流域、遼河流域和四川盆地建立起來，又匆匆地在其他政權的吞併中消失。
298年(晉惠帝元康八年)，關中連年饑荒，巴氐(原在巴地的一支氐人，東漢末年遷至隴東和關中)首領李特率流民入蜀。到了301年(晉永寧元年)，益州刺史羅尚限流民在七月返鄉，流民要求秋收後出發也未准許。十月，流民推李特等為首，起兵於綿竹(今四川德陽市北)，進攻成都。304年(晉永安元年)，李雄稱成都王。306年(晉光熙元年)稱帝，國號大成。因以後李壽在338年改國號為漢，史稱成漢。成漢的疆域大致是今四川省除川西高原部分和漢中盆地的西部。東晉永和二年(公元346年)桓溫伐成漢，李勢降，成漢亡。
304年(晉永安元年)匈奴左賢王劉淵以助成都王司馬穎為名，在離石(今山西離石縣)起兵，不久就遷至左國城(今離石縣北)，稱漢王。308年(晉永嘉二年)攻佔平陽(今山西臨汾市西南)，遷都蒲子(今山西隰縣)。同年十月劉淵稱帝，國號漢，次年遷都平陽。311年，漢軍攻入洛陽，晉懷帝被俘。316年(晉建興四年)兵臨長安，晉愍帝出降，西晉滅亡。漢將劉曜攻佔關中，石勒攻佔了關東，317年前後，漢的疆域北至陰山、今桑乾河、燕山，南至淮河、秦嶺，西至黃河、隴東。318年(晉大興元年)，漢主劉粲被權臣靳准所殺，劉曜在長安稱帝，與石勒起兵討伐。次年劉曜改國號為趙，建都長安，史稱前趙。石勒也自稱趙王，與前趙分裂，史稱後趙。前趙初建時的疆域東起洛陽，西至隴西黃河，北至渭北高原和今山西西南。以後受石勒打擊，退至關中。328年(晉咸和三年)石勒大破前趙軍，劉曜被俘。329年，後趙將石生攻下關中，前趙亡。
319年石勒(羯人)稱趙王后，建都襄國(今河北邢台市)；330年(晉咸和五年)即帝位。在滅前趙後，後趙已擁有漢、前趙的最大疆域，並一度越過淮河和南陽盆地，威脅東晉的北部。石虎即位後遷都於鄴。後趙末年發生內亂。349年(晉永和五年)石虎死後，他的養孫石閔(漢人)殺趙主，並在鄴和境內屠殺一切羯人和胡人。
350年，石閔恢複本姓冉，自立為帝，改國號為魏。後趙的石祇也在襄國稱帝，次年被殺，後趙亡。當時後趙境內大亂，各地紛紛自立，冉魏實際控制的區域有限。352年，冉閔在廉台(今河北無極縣境)被前燕擊敗俘獲，不久被殺，冉魏亡。
早在晉永康二年(公元301年)，張軌眼看天下將亂，求得涼州刺史一職，據有河西。西晉亡後，張氏仍世代據有涼州，317年起史稱前涼。前涼都姑臧(今甘肅武威市)，其疆域以河西走廊為主，東起黃河，西至玉門關(今甘肅西界)，南起祁連山，北至居延澤(在今內蒙古額濟納旗)。前涼後期還控制了西域，設置了西域長史。376年(東晉太元元年)滅於前秦。
西晉末年，鮮卑慕容部首領慕容廆〔wei萎〕據有今大凌河流域。其子慕容皝〔huang 晃〕繼續擴張，佔有遼東半島，向西推進到灤河流域。337年(東晉咸康三年)，慕容皝稱燕王，都於昌黎郡(今遼寧義縣)，後遷都龍城(今遼寧朝陽市)，史稱前燕。石虎死後，前燕進軍黃河流域，滅冉魏，遷都薊城(今北京市)，不久又遷至鄴。前燕的最大疆域東至遼東半島，北至今桑乾河、燕山、內蒙古赤峰市一帶，南至淮河，西至今山西北部和沁水流域以東。370年(晉太和五年)滅於前秦。
石虎死後，原被強制遷至關東的氐人在苻洪率領下起兵攻回關中。350年(晉永和六年)，其子苻健進入關中，佔據長安。次年自稱天王，國號大秦，史稱前秦。前秦初期範圍很小，晉桓溫北伐一度逼近長安。357年(晉陞平元年)苻堅即位後平定關中，又先後滅前涼、前燕和代，並在373年(晉寧康元年)奪取了晉梁、益二州，佔領了四川盆地。382年(晉太元七年)，苻堅遣呂光進軍西域，兩年後，呂光控制了東漢西域都護府的全部轄境，在龜茲〔qiuci丘磁〕(今新疆庫車)設置了西域校尉。到383年淝水之戰前，前秦完全統一了北方，南至淮河、今四川萬縣以西長江一線，北至蒙古高原，西至今新疆吐魯番盆地東部、祁連山、湟水流域、岷山、川西高原東部，東至遼東半島，是十六國中疆域最廣的一個。淝水之戰敗後前秦瓦解，後燕、後秦、西燕、西秦、後涼等政權紛紛自立，385年，苻堅撤離長安後被後秦俘殺。前秦殘餘勢力在關中西部和隴東一帶維持到394年，滅於後秦。
384年(晉太元九年)，羌人首領姚萇在渭北牧地起兵，自稱萬年秦王，史稱後秦。386年姚萇進入長安後稱帝，國號大秦。在滅前秦後，後秦的疆域大致有河套以南、今陝西秦嶺以北、山西西南部、寧夏大部和甘肅天水以東部分。403年，南涼和北涼進攻後涼，後涼主投降後秦，但後涼的疆域不久即被諸涼瓜分，後秦僅奪取了西秦的部分領土。407年後，渭北高原以北被夏赫連勃勃所佔，但後秦從後燕和東晉奪取了黃河以南今河南的大部。417年(晉義熙十三年)，東晉兵臨長安，後秦主姚泓出城投降，後秦亡。
慕容垂本是前燕宗室，前燕末因受猜疑降前秦，為苻堅所重用。苻堅敗後，慕容垂於384年自立為燕王，史稱後燕。兩年後稱帝，定都中山(今河北定州市)。後燕收復了遼東舊地，又在394年(晉太元十九年)消滅了西燕，同年佔有今山東。到第二年，後燕疆域的東、西、北三方面大致恢複了前燕的舊界，南面則只到達今山東南界、河南洛陽至商丘一帶。397年(晉隆安元年)魏軍攻克中山，後燕主遷於鄴。次年慕容德建南燕，今山東境內已非後燕所有。後燕的都城遷回龍城，疆域縮小到前燕初期的範圍，但東部已被高句麗奪取，只有遼河以西至灤河下游地區。407年(晉義熙三年)為北燕所取代。
384年，前燕原宗室慕容泓據有華陰，稱濟北王，不久被殺，其弟慕容沖稱皇太弟，率其部眾進攻長安，史稱西燕。次年攻入長安，據有關中一部分。但到386年就發生內亂，最後慕容永獲勝，遷至聞喜(今山西聞喜縣)，長安和關中為後秦所佔。慕容永又攻佔長子(今山西長子縣西南)，即以長子為都，稱帝。西燕的疆域僅今山西南部，而且很不穩定，其西部不久就被後秦佔有。394年滅於後燕。
398年，後燕的大部分疆域被北魏攻佔，宗室慕容德從鄴遷至滑台(今河南滑縣東舊縣)，稱燕王，史稱南燕。不久就向東南發展，佔有今山東大部，次年就以廣固(今山東青州市西北)為都。409年晉劉裕北伐，次年初攻佔廣固，南燕亡。
407年，後燕將軍馮跋(漢人)等擁慕容云為主，殺後燕主慕容熙。慕容雲複本姓高(高句麗人)，稱天王，史稱北燕。409年高雲被殺，馮跋繼位。北燕只擁有後燕後期的疆域。436年(北魏太延二年，宋元嘉十三年)滅於北魏。
385年(晉太元十年)，隴西鮮卑首領乞伏國仁自稱大單于，築勇士城(今甘肅榆中縣東北)為都，史稱西秦。388年國仁死，弟乾歸立，遷都金城(今甘肅蘭州市西北)。西秦疆域狹小，雖置有十二郡，實際僅今甘肅蘭州至隴西間地。以後曾擊敗氐族首領楊定，據有今甘南武都、成縣一帶。後又遷都苑川(今甘肅榆中縣東北)。400年(晉隆安四年)被後秦所破，成為附庸。409年(晉義熙五年)乘後秦勢衰，乾歸在枹罕(今甘肅臨夏縣西南)復稱秦王，後又遷回苑川。414年，西秦滅南涼，佔有今青海青海湖以東一帶。430年(宋元嘉七年)西秦主乞伏暮末被北涼所逼，東遷投北魏，被夏兵阻於南安(今甘肅隴西縣東南)，故地全被吐谷〔yu玉〕渾佔據。次年正月降於夏，西秦亡。
384年前秦將呂光(氐人)征服西域後回師涼州，386年在姑臧稱涼州牧、酒泉公，史稱後涼。後涼的疆域包括前秦自河西走廊以西至整個西域地區。自397年開始，南涼、北涼和西涼先後在境內建立，後涼的控制區越來越小。403年(晉元興二年)，受南涼和北涼攻擊，後涼主無法自存，降於後秦，後涼亡。
禿髮烏孤是河西鮮卑一支的首領，一度歸附後涼。397年(晉隆安元年)，烏孤自稱大單于、西平王，攻佔金城等地，史稱南涼。399年遷都樂都(今青海樂都縣)，據有今青海東部。同年又遷至西平(今青海西寧市)，402年