自秦代置县一直到清末帝制结束，益阳在长达2100余年的历史长河里，除一直沿用益水之阳的旧名外，县级建制也鲜有变动。虽然东汉延熹二年（159）由县降为亭，马昌为益阳亭侯，但前后总计不过数年，历史小插曲而已。而真正令人瞩目的当属元朝益阳由县升州，时间长达数十年。这是整个封建时代益阳唯一一次行政建制升格，虽鲜为人知，却是值得精心描述的一笔。
元代是一个短命的王朝，才一百余年，留下的史料原本就不多，加之益阳自元明以来屡遭兵火、洪水毁损，故而保存至今的东西少之又少。仅凭一些蛛丝马迹，我们才能推断和拼构出一幅幅连续而相对完整的历史画面来。
益阳升州的记载，择要如下：
《元史》记载：“元成宗元贞元年（1295），以益阳民至万户升为州治，属湖广潭州路。”
《新元史》记载：“益阳州。中。宋益阳县。元贞元年，升为州。”
明《一统志》云：“益阳在府城西北二百里，本秦县，元升为州，本朝复降为县，属湖广布政司长沙府。”
《益阳县志》称：“元三万户为上县，达鲁花赤一员、尹一员，益阳于时曾由上县而升为州，则户当在三万以上。每户五人，当有十五万人，其详不可考。”
根据上述记载，我们不难发现，益阳由一个上县升为州的时间为元成宗元贞元年。其中，1295—1329年的益阳州属湖广行省潭州路管辖，从天历二年开始，1329—1368年的益阳州属湖广行省天临路管辖，而明初1368年的益阳“复降为县”（一说是洪武五年），属于湖广布政使司潭州府的管辖。同治《益阳县志》记载：“周升，洪武二年前后在任。”从元贞元年算起一直到洪武元年止，益阳置州时间长达74年。
这次益阳升州与人口大量增加密切相关。在潭州路，《元史》记载：“元贞元年，升醴陵、浏阳、攸、湘乡、湘潭、益阳、湘阴并为州。户六十万三千五百一，口一百八万一千一十。”说明不仅仅元朝中期益阳人口剧增，而且整个湘中北同样出现人口加速聚集的趋势，益阳不过是突出的代表而已。
如果要分析其中的原因，元朝蒙古人推行的统治政策，特别是在中国北方推行以游牧为主的农业政策是主因。《元史·耶律楚材传》载，近臣别迭对帝曰：“汉人无补于国，可悉空其人，以为牧地。”另据《元史·世祖本纪》记载，中统二年（1261），元世祖乃“谕河南管军官于近城地量存牧场，余听民耕”。由于残暴蛮横的蒙古政权对农耕民族的排斥，蒙古贵族大量圈占民田，少的有千顷，多的达十余万顷。
元朝蒙古统治者推行的民族等级制度，也加速了元朝的社会分化，造成整个社会长期动荡不安。将居民分为蒙古、色目、汉人、南人（南方汉人）四等，实施民族歧视政策，汉人和南人沦为贱民。由于土地被掠夺，徭役繁重，北方汉人无以生存，被迫大量南逃。《元史·崔语传》载，仅1238年，“内地百姓流移江南避赋役者，就有十五万户之多”。
另外，1210—1350年，蒙元对金的战争和对汉民族的掠夺，1125—1209年金对宋的战争和对汉民族的掠夺，以及元末1351—1368年刘福通农民起义与元军的割据，都加速了北方人口南迁局面的形成。
而宋代的洞庭湖平原，为北方人口南迁提供了安身立命之所。由于滚滚长江对南部洞庭湖平原长期的造陆运动，每年汛期，夹带巨量泥沙的洪水在此停下脚步，大片可供耕作的土地不断生长出来。特别是北宋荆江大堤的修建，第一次将长江与云梦泽人为隔开，不仅使江汉平原成为富庶的天下粮仓，而且更进一步加速了长江洪涝对洞庭湖的淤积，洞庭湖因此不断萎缩，新的陆地边界一次次被刷新。土地的空白招致人口涌入，而人口的聚集滋生对土地的欲望，人地矛盾不断尖锐使围湖造田成为一种历史的必然选择。即使洞庭湖一带洪涝灾害频繁和血吸虫肆虐，这种冒险一刻也没停下来。
因此，仅以人口多寡为置县标准即可见一斑。同样的上、中、下三等县份，北方与南方人口标准明显不同。《元史·百官志》载：“江北州县，六千户之上者为上县，两千户之上者为中县，不及两千户者为下县。”由于江南人户较北方密集，故县所辖人口远高于北方。所以，至元二十年（1283），元廷规定江南县级标准：“三万户之上为上县，一万户之上为中县，一万户之下为下县。”
自宋代章惇开梅山，益阳分置新化和安化两县以来，据《元丰九域志》称，“益阳其时为8乡”。宋元交替之际，益阳人户大量减少，据专家考证，元初人口约76050人，按户平均4.53人计算，达1.66万户。“元代升州前辖7乡”，“有民万户”，至于具体人口数据，因战乱和洪水毁损已散失。《益阳县志》称：“益阳于时曾由上县而升为州，则户当在三万以上。每户五人，当有十五万人，其详不可考。”以江南上县标准考察，益阳人口必在三万户之上，考虑元末户均略高于元初，所以十五万的推测是可信的。益阳升州后，定为中州，《元史·百官志七》云：“州又分三等，五万户以上为上州，三万户以上为中州，三万户以下为下州。”实际上，上县与中州人户相同，只是按照元朝实行三级制管辖的规定：“行省统辖路、府、州，路、府、州统辖县。”虽不是府制的益阳州拥有辖县的权责，《益阳县志》记载，“元九年，命州府司县达鲁花赤及治民长官”，遗憾的是“所领五县已不可考”，据说其中就有一个叫桃花县的。
《益阳县志》记载：“益邑地处偏远卑湿之地，其界限已难划分，分属各地。上乡属于梅山扶氏，未入版籍；下乡则一片汪洋，未筑堤围。”按照宋元以来的惯例，桃花江山区为上乡，桃花江至县城间丘陵为中乡，县城以下湖平区为下乡。益阳最早开始筑堤围垸，当在元朝中期。《益阳县志》又载：“元（1264—1294），县内民修河皮、油麻、长塘、双桂、黄关、石桥、薛家、朱凌、车公、邓家、桂花、白水托等12垸，此为益阳湖湘筑垸之始。”由此可见，益阳人口激增正是大规模围湖造田之时，大量堤垸反过来为人口的迁入提供了赖以生存的载体。当北方人口锐减之际，地处“偏远卑湿之地”的洞庭湖平原得到迅速而有效的开发，益阳的人口也达到了崭新的高度。
益阳升州不仅是行政建制的提高，同时也预示着一个时代的来临。作为湖湘重镇的益阳，在不长时间里得以开发成为重要的鱼米之乡，为它明清的繁荣鼎盛创造了绝好的平台。即使洪武年间因人户减少“复降为县”，也没有动摇它曾经获得的巨大社会影响，反而加重了其明初军事守卫的砝码。