后晋天福二年（937），辽进占云州。初为大同军节度，重熙十三年（1044）改云州为西京，设西京道大同府，重熙十七年（1048）析云中，置大同县，为辽之陪都。辽西京道所辖：大同府，治所大同。统2州7县：弘州、德州、大同县、云中、天成、长青、奉义、怀仁、怀安县。蔚州，治蔚州，统灵仙、定安、飞狐、灵丘、广陵。应州，治金城，统金城，浑源、河阳。朔州，治善阳，统善阳、武州、宁远、马邑、神武。
宋为路、州、县三级制，全国设15路。宣和五年（1123）预置云中府路，治云中府，统云中及武、应、朔、蔚、奉圣、归化、儒，妫等8州与云州合称“山后九州”。为宋金联盟攻辽的预置版图。后金失约，除武、应、朔、蔚诸州于宣和五年（1123）一度归宋，旋为金人所取外，西京仅在雍熙三年（986）云州观察使杨业攻占云州3个月外，再未进入宋之版图。《读史方舆纪要》指出，“石晋归其地于契丹，宋不能复有，遂基靖康之衅。女真之亡辽，蒙古之亡金，皆先下大同，燕京不能复固矣。”
辽保大二年（1122）金完颜宗翰攻占大同府，仍以大同为西京，改西京道为西京路，府治、县治未变。西京路辖2府、7节镇、8刺郡、39县，9镇。金皇统元年（1141）以西京路隶属元帅府，旧置兵马都部署司。天德二年（1150）改置西京路总管府，后更置留守司。置转运使及中都西京路提刑司。大同府辖大同、云中、宣宁、怀安、天成、白登、怀仁7县。省奉义县为镇，入大同。保大二年（1122）金攻打西京时“天兵一鼓，都城四陷，殿阁楼观，俄而灰之”，辽未以来，再罹烽烬，楼阁飞为埃坌，殿堂聚为瓦砾，栋宇所仅存者，十不三四”。金占大同后，为医治战争创伤，大兴土木，修城修寺，规模宏大。经过修整加固的大同城汉池，南门改称奉天，东门改称宣仁，西门改称阜成。对云冈石窟进行整修，“委烟火司差夫三千人改拔河道”，南移，以防水浸石佛。重建云冈十寺，“重修灵岩大阁九楹，门楼四所……凡三十楹……又创石垣五百余步”，此次修寺历时三年半，重修华严寺、大普恩寺。天会十五年（1137）诏建太祖庙于西京。金大定五年（1165）在西京营建宫室，有保安殿、御容殿及西京宫苑。并设阁门使，掌管礼仪祭奠。还设有西京宫苑使。辽金时陪都西京再度兴盛于北方，成为中原与北方少数民族交往的中转站，联系各民族的纽带，大同再度辉煌。
元初大同仍称西京。太祖七年（1212）置警巡院。至元二年（1265）省云中县入大同。元划为省、路、府（州）县四级制，至元二十五年（1288）改西京道大同府为大同路，隶属中书省河东山西道宣慰使司，管辖一领事八州。一领事是录事司，设在大同。属县有大同、白登、宣宁、平地、怀仁五县。八州为弘、浑源、应、朔、武、丰、东胜、云内。上都路管辖今大同和河北部分地区。顺宁府治所蔚州，领灵仙、飞狐、定安、灵丘，广灵。元改天城为天城县，隶属宣德府。后隶属兴和路。大德四年（1300）在西京黄花岭立屯田。六年（1302）立万户府。
明洪武二年（1369）左副将军常遇春攻取大同。明行政区划为省、府、州、县四级制，洪武七年（1374）改大同路为大同府，隶属山西行中书省。九年（1376）改为承宣布政使司。大同府治大同县，辖浑源、应、朔、蔚四州，大同、怀仁、马邑、山阴、广灵、灵丘、广昌七县。宣宁县并入大同县。明军事上实行卫所制，洪武四年（1371）置大同都卫沼白关城。洪武八年（1375）改为山西行都指挥使司。洪武二十五年（1392）徙治大同。初领卫二十六，管辖范围：东至北京的居庸关；西起黄河转弯处的偏关，东西延绵千余公里，南北亦有数百公里。其范围之大，实属九边之首。后领卫十四，有大同前卫、后卫、左卫、阳和、天成、威远、平鲁、云川、玉林、镇鲁、高山、宣德、东胜。洪武二十九年（1396）置公守冀北道，驻大同，嘉靖中移驻朔州。永乐六年（1408）置巡抚都御史。永乐七年（1409）置大同镇，设镇守总兵官，为镇之最高指挥官。成化七年（1471）设巡抚。正德八年（1513）设总制，辖13卫所，823堡寨，307座墩台。大同分4道，辖9路，驻军最多时达135778员，战马51654匹。时有“大同士马甲天下”之称。
清顺治二年（1645）五月，清王派恭顺候吴惟华攻大同，姜襄将驻同农民军将领张天琳等杀死，投降清军。清大同府治大同县，初因明治，领州四县七，隶属山西布政司，后改为山西省。顺治五年（1648）姜襄降而复叛。次年，多尔衮亲自督战围城达9个多月，城破后，清军对大同进行了最野蛮的屠城，除杀献姜襄人头的杨震威等23员及其家属外，其他所有官司吏兵民尽行杀戮，并将大同城墙拆去5尺。大同变成一座荒城，大同废，不立官，府移治阳和卫，名阳和府。大同县移治怀仁县西安堡。直到顺治九年（1652）府县才复还故址，从附近移民逐渐复兴。顺治十三年（1656）裁宣大总督，置山西总督，驻大同。康熙四年（1665）裁总督，并入雁门道。雍正四年（1726）于右玉林卫置朔平府并废除明代卫所，改天镇卫为天镇县，阳高卫为阳高县，左云川卫为左云县，右玉林卫为右玉县，平虏卫为平鲁县。大同府治所大同县，辖浑源、应州，大同、怀仁、山阴、阳高、天镇、广灵、灵丘二州七县和丰镇厅。清末大同县辖580村，城东194村，城南177村，城西91村，城北118村。朔平府治所右玉县，辖右玉、左云、平鲁、朔州、马邑。
民国元年（1912）大同废府留县，大同县属北路观察使。民国2年（1913）5月置雁门道，治大同，辖雁北13县、忻县地区13县，共26县。后晋北镇守使在大同驻扎。民国16年（1927）废道后，大同为县，直属山西省，县辖5个行政区，9街585村。
抗日战争时期，大同地区行政区划为三种。日伪行政区划：1937年9月13日上午，日本关东军侵占大同城，10月15日成立伪“晋北自治政府”，隶属伪“蒙疆联合委员会”，统辖雁北13县；1939年9月改为伪“晋北政厅”，隶属伪“蒙古联合自治政府”；1943年又改为伪“大同省公署”，隶属伪“蒙古自治邦政府”。大同县划为2街、22个联合村。
国民党行政区划：1937年9月至1939年12月为山西省每一个行政区和第二行政区。第一行政区治所五台，属县十攻，在大同地区有灵丘、广灵、浑源、应县、山阴、怀仁、大同、阳高、天镇9县。第二行政区治所岢岚，属县十三，在大同地区的有朔县，平鲁、左云、右玉4县。
共产党领导下的行政区划：东雁北：1937年年底属晋东北十八县政治主任公署，1938年6月改为晋东北行政督察专员公署，1940年2月成立第二专员公署，属县有灵丘、繁峙、广灵、浑源、应山县。归晋察冀北岳区管辖。西雁北（大同以西）：1937年冬属晋西北根据地，1940年建立晋西北民主政权。1941年8月属晋西北行政公署，1943年11月，改为晋绥边区行政公署，归晋绥边区管辖。
1945年8月，大同被国民党阎锡山政府所统治，恢复事变前原县建制，仍属山西省，辖5个区，86个治村。成立卫戍司令部和城防司令部，建立雁北“第二战区长官司令部大同领导组”，管辖雁北各县，分第十、十一两个专署。第十区辖大同、怀仁、阳高、天镇、浑源、广灵、灵丘7县；第十一区辖右玉、山阴、应县、左云、平鲁、偏关6县。行政督察员兼保安司令。1947年军政分家，改为“山西省政府大同行政公署”，大同县辖4区、30街、70治村。“雁北专员公署”、“雁北城防司令部”驻在大同城内。到1948年雁北13县政府流亡大同，大同城内集中了国民党行政组织机关22个、党务机关7个、特务机关11个。…
