黄巾大起义之后，由于中央集权日渐衰微，地方割据不断加强，分裂的倾向成为难以逆转的趋势。群雄割据的阶段过去，随之而来的就是三国鼎立。鼎立的魏、蜀、吴三国实际上是对峙的三个地区性政权，其中曹丕最先于220年称帝，次年刘备也于成都登基，而孙权则迟至229年称帝。三国鼎立的格局由此确立。一般而言，三国时代从赤壁大战算起，止于280年西晋统一中国。
鼎立的三国中，以曹魏最强大，其创始人为曹操。曹操由于世家大族的背景，20岁时就被举为孝廉，出任东汉王朝的地方官。他任政时，举措得当，“郡界肃然”。但曹操政治地位的上升，关键在于镇压黄巾起义立功，被升迁为八校尉之一，成了东汉皇室核心武装的重要将领。同时，曹操在镇压号称百万的青州黄巾军时，收降30万，称为青州兵，由此他不但军事实力日益强大，也有了深厚的政治资本，一下子成为中原一带的政治强人。公元200年，在著名的官渡之战中，曹操凭足智多谋，以少胜多击败了袁绍，赢得了这场统一中国北方的关键一战。北方大局已定，曹操即开始筹划征讨南方。208年，曹操率领号称百万的大军挥师南下，企图一举翦除南方割据势力，统一中国。曹操的大军与刘备、孙权联军在赤壁拉开了决战的架势。然而，这次曹操却未能再现官渡之战的辉煌，反被刘、孙联军火烧连营，大败亏输，不得不饮恨北归。从此，刘备以荆州为据点发展力量，孙权在江东的政权更趋稳定。赤壁之战促成魏、蜀、吴三足鼎立。
对于三国鼎立的历史格局，当时的智者诸葛亮在“隆中对”里早有预言，诸葛亮告诉刘备，曹操已拥有百万之众，挟天子以令诸侯，不可与之争锋；孙权据有江东，已历三世，国家兴盛，百姓依附，可以和他结交，而不可图谋；所可取者为荆益二州，“若跨有荆益，保其岩阻，西和诸戎，南抚夷越，外结好孙权，内修政理……诚如是，则霸业可成，汉室可兴矣”。诸葛亮在这著名的“隆中对”中，分析了当时的形势，点出了三方鼎立的趋势，和此后历史的发展轨迹基本相符。
公元220年，曹操病逝，其子曹丕继立为魏王。不久，徒有虚名的汉献帝禅位，曹丕称帝，国号魏，都洛阳，追尊曹操为武皇帝。魏历史上又称为曹魏，共历5帝46年，占有淮河两岸及以北的中原地区和秦岭以北的关中、陇右、河西地区。曹魏后期，司马昭遣兵灭蜀汉。265年，司马昭之子司马炎废魏建晋，魏遂亡。
221年，刘备也在蜀地称帝，国号汉，都成都，史称蜀或蜀汉，占有今四川、云南大部，贵州全部，陕西汉中及甘肃一部分。223年，刘备出兵击吴，在夷陵之战中遭受惨败，抑郁生病而死。其子刘禅(俗称刘阿斗)即位，诸葛亮受刘备嘱托辅佐刘禅。诸葛亮任政期间，“科教严明，赏罚必信”，使蜀国政治清明，经济发展，边疆安定。234年，诸葛亮积劳成疾，病死军中。刘禅无能，且宠信宦官黄皓，政治腐败，国力日衰，终于在263年为曹魏所灭。
三国中最后立国的是吴，占有今长江中下游地区，南至福建、两广及越南的北部和中部。230年，孙权派卫温统率甲士万人，航海到达夷州(今台湾)，并派使者出使南洋群岛诸国。孙权死后，东吴政治渐趋腐败，末帝孙皓更是荒淫暴虐，终于在280年订城下之盟，投降晋朝。吴前后共历4帝52年。孙吴的灭亡，标志着三国鼎立政治格局的终结。
在魏、蜀、吴三分天下的年代，地区经济均有发展，三国为自身的强大计，都比较注重开发本地区经济。特别值得一提的是，三国都推动了边缘、落后地区经济的发展，如魏对辽东、凉州的经营，蜀对西南夷的开发，孙吴强迫山越走向平原以及对闽广进行拓展等。其中蜀、吴的经营发展，更促使中国南方经济上升了一个台阶。