魏晋南北朝时期，活跃在西域的古代民族除了原住民族外，还出现了鲜卑、柔然、高车、峻哒 (音：厌搭yanda)、悦般、吐谷浑(谷，音：玉yu)等。

　　东汉末年，西域诸国更相攻灭，不断兼并，出现了几大地方政权并立的局面。大体情况是：若羌、且末、小宛、精绝等地并属于鄯善；戎卢、风弥、渠勒、皮山等地并属于于阗；尉犁、危须、山国并属于焉耆；姑墨、温宿、尉头、乌垒并属于龟兹；桢中、莎车、竭石、渠沙、西夜、依耐、蒲犁、亿若、榆令、捐毒、琴、休循并属于疏勒。吐鲁番为车师前部；东部天山以北的东且弥、西且弥、卑陆、蒲类、乌贪等地并属于车师后部。焉耆以西至伊犁河源为悦般。伊犁河流域及准噶尔盆地西部为乌孙；阿尔泰山西南部及蒲类海周围为鲜卑右部。

　　公元220年，魏、蜀、吴三国鼎立的局面形成。公元223年，曹魏在高昌壁(位于今吐鲁番高昌故城)重新设戊己校尉，在鄯善海头(位于今罗布泊西北)设西域长史，开展屯田，使中西道路畅通，西域各地使者和大批商人到中原进贡和贸易。许多中亚粟特商人在塔里木盆地和河西走廊建立了许多类似村落的据点，从而使西域的人种和民族构成产生了变化。从公元3—5世纪活跃在鄯善的古代民族成分的构成，可以看到塔里木盆地西域古代民族成分的缩影。当时，鄯善位于塔里木盆地东缘。

　　晋朝时，鄯善已是以农业生产为主的地区。晋朝在海头设置西域长史府，在鄯善的尼壤城 (位于今和田尼雅故城)设置都尉府和司禾府，册封鄯善的统治者为“晋守侍中、大都尉、奉晋大侯、亲晋王”。内地有不少农民迁居鄯善，与当地民族共同生产、生活。鄯善与晋朝往来密切，汉族将士、平民和商人留居者日益增多，境内通行汉文。其次，在大月氏贵霜王朝的影响下，鄯善也存在着浓厚的西方文化色彩，如官方通行（马+呙）卢文。从鄯善发现的木板画像、泥塑佛像、棉织物上的人像及（马+呙）卢文中的人名来看，鄯善有皮肤白晰、蓝眼高鼻的欧洲人，有黑发、黑须、高鼻的波斯人，有高鼻、深目、多须的粟特人，有脸如满月、皮肤略黑、身段丰满的北印度人。自然，占多数的仍旧是羌族，即脸形近似汉族的鄯善土著。

　　于阗、疏勒、龟兹、焉耆等地的人种、民族的语言，虽然与鄯善略有差异，但是，它们的生产方式相同，都处于封建社会前期的发展阶段，而且由于长期的频繁交往，共同信仰佛教，连生活方式和风俗习惯都是非常接近的。

　　鲜卑、柔然、峻哒、悦般、高车、吐谷浑等古代民族在西域的活动，为新疆古代民族增添了新成员。

　　公元3世纪末4世纪初，鲜卑拓跋部由辽西不断向西、向南迁徙，公元386年，拓跋圭创建北魏王朝。公元439年，北魏攻灭北凉，占据河西，进取伊吾，西域各地纷纷归附北魏。公元445年以后，北魏击鄯善，破焉耆，先后设立了鄯善镇、焉耆镇。

　　公元4世纪末5世纪初，在蒙古草原兴起了一个自称“柔然”的民族，并建立了一个像匈奴那样的强大的政权。

　　柔然是由东胡的后裔，主要由鲜卑和匈奴融合后而形成的一个新的民族。社仑为鲜卑首领时，北征高车，并将其收为属部。迁龙庭(首都)至弱洛水(今蒙古高原色楞格河)边，称丘豆伐可汗。柔然强大时，东征朝鲜，西侵鲜卑右部，后又与北匈奴的余部悦般联合，多次西击乌孙，乌孙难以抵敌，退往葱岭(帕米尔高原)西南。柔然继续西征疏勒、龟兹，大举进攻于阗。

　　峻哒原称滑(音：骨gu)，有人认为是秦汉时期的姑师、两汉时期的车师后部。鲜卑西侵时，从属鲜卑。柔然强盛时，被迫向西南迁徙。公元4—5世纪，峻哒进入中亚粟特人居住区，征服了粟特人。又进攻大月氏，占领贵霜王朝的中心区 (阿姆河流域)，建立了强大的政权。因王族姓峻哒，因此，称其族其国为峻哒，也被西方人称为白匈奴。公元5世纪后期，峻哒东侵葱岭各地及疏勒、于阗、龟兹、焉耆，西侵波斯，在西域称强。 悦般是没有西迁的北匈奴人建立的政权。公元1世纪末北匈奴西迁时，一些老弱留居裕勒都斯草原，逐渐建立起悦般国。柔然强盛时，悦般与之结盟进攻乌孙，迫使乌孙迁往葱岭西南，悦般占据乌孙领地。后柔然与悦般互相征战，悦般又联合北魏进攻柔然。

　　高车，是北朝人对漠北一部分游牧部落的泛称，因其“车轮高大，辐数至多”而得名。南朝人称其为“丁零”，漠北人又称其为“敕勒”(敕，音：赤chi)。据研究，高车、丁零、敕勒，以及先秦时期的狄历和后来的铁勒，都是人们在不同历史时期对操突厥语族语言的民族的统称。公元4世纪，高车游牧于贝加尔湖及鄂尔浑河、土拉河一带。高车由六大部落组成：狄氏．袁纥氏(纥，音：和 he)、斛律氏(斛，音：胡hu)、解批氏、护骨氏、异奇斤氏。柔然强盛时高车成为柔然属部，不但向柔然缴纳贡赋，而且还要参与柔然发动的掠夺性战争。公元487年，柔然可汗豆仑征高车兵进攻北魏，高车部首领阿伏至罗劝阻，豆仑不听，阿伏至罗遂率十万户高车人西迁，至今乌鲁木齐周围游牧。阿伏至罗称“侯罗訇勒”，意为大王。后南征焉耆、鄯善、龟兹、于阗，与峻哒发生激烈冲突。后双方以龟兹为界，龟兹东北归高车，西南依附峻哒。公元490年，阿伏至罗遣使北魏，向北魏陈述了西迁并建立高车国的原因，表示愿意与北魏联合，共同抗击柔然。高车国在西域存在了50余年，于公元541年终为柔然所灭。高车副伏罗部西迁，并在西域建立政权，作为历史上操突厥语族语言的民族较早地进入新疆，并产生较大影响的重要事件而载人史册。

　　吐谷浑，源于鲜卑。吐谷浑原为人名，姓慕容氏。公元4世纪初，从辽东鲜卑中分离出来，西迁至今甘肃临夏西北，不久又向南、向西发展，逐渐控制了今甘南、四川西北部和青海等地的氐、羌等民族。到吐谷浑的孙子叶延为首领时，建立政权。鼎盛时，势力扩张至今四川西部和新疆东部。公元445年，吐谷浑内乱，首领慕利延被北魏打败西逃，经过鄯善、且末，进攻于阗，直至厨宾。后慕利延回青海。鄯善和且末成为吐谷浑的领地，大批吐谷浑人迁居罗布泊周围。 魏晋南北朝时期，中原战乱频仍，不少汉人迁往河西，有的又从河西辗转到新疆。他们和汉代的屯田士卒的后裔汇集在今吐鲁番地区，并使该地区成为这一历史时期汉人在新疆聚居比较集中的地区。高昌壁也发展成为西域的大城市，其周围地区还建立了许多汉族聚居的卫星城镇。公元327年，前凉王张骏取消了戊己校尉建制，设立高昌郡，下设田地县(即柳中城)、横截县、高宁县(均在今鄯善县境)。县以下为乡、里。郡有郡守，县有县令，乡有啬夫。前凉政权在高昌地区设立郡、县、乡三级政府，第一次将郡县制度推行到了新疆地区，具有深远的历史意义。

　　公元460年，柔然立阚伯周为高昌王。公元 491年，高车又立敦煌人张孟明为高昌王。不久，张孟明被高昌人杀死，马儒被立为王。马儒投北魏，要求居民迁入内地。高昌人又杀马儒，拥立嘹嘉(嘹，音：区qu)为王，才把局势稳定下来。嘹氏政权共传9代，保持140年的统治，故史称“高昌嘹氏王国”。高昌嘹氏王国是汉人在新疆地区建立的第一个地方政权。

　　公元5～6世纪，西域古代各民族相互角逐，出现了民族大融合的局面。

　　公元435年，柔然击败高车。鄯善原来臣属北魏，后来转归柔然。公元448年，北魏派大将万度归西征，鄯善又归附北魏，北魏设鄯善镇，驻兵戍守。公元450年，车师、焉耆归附北魏。北魏设焉耆镇。北凉进攻车师前部，车师先受北凉统治，后归高昌堕乒王国。公元470年，柔然大举进攻西域，北魏在西域的设置均被柔然废止。北魏与吐谷浑联合，吐谷浑人迁居鄯善(今新疆罗布泊周围)。鄯善人一部分迁居青海，一部分”经焉耆迁居高昌(撩氏王国的东部，他们将地名也带到这里，这就是今日的鄯善为何在吐鲁番盆地东部的原因。还有一部分迁居伊吾(今哈密市)以西，建城称大罗布城，汉人译成“职纳城”。

　　这一时期，西域各种势力急剧变化。先是北魏联络高车、悦般，对付吐谷浑、柔然和哒。后来峻哒与高车友好，和柔然通婚，向北魏朝贡，与吐谷浑和睦相处。北魏与柔然争夺西域。公元6世纪，柔然对高车屡战屡败，北魏在西域占据上风，北魏已成为西域的主宰。

　　汉朝时，大宛(今乌兹别克斯坦塔什干)以东各地人种和语言近似于汉人，大宛以西则为深目、高鼻、多须的胡人。到魏晋南北朝时期，则以高昌为界，以西各地居民多为深目、高鼻、多须的胡人，以东则为汉人、羌人、鲜卑人和吐谷浑人。有些粟特人已成为塔里木盆地一些地区的统治者。例如介于鄯善与于阗之间的白题，国王姓支，是粟特九姓的月氏人；末国的国王姓安，也是粟特九姓的安国人；周古柯(即莎车)的统治者也是粟特人的相貌。

　　由于各种势力复杂多变，促使天山以北和塔里木盆地东部地区各民族大融合。匈奴、鲜卑、高车、哒等各民族主要成分基本融合于铁勒之中。这种历史的演变为以后突厥汗国的出现创造了条件。