公元前202年二月初三，刘邦在定陶称帝，史称西汉或前汉。刘邦称帝的当月，就从定陶来到了洛阳，记载：”
《资治通鉴》“帝置酒洛阳南宫。评功论赏，文臣武将，皆大欢喜，于是定都洛阳。五月间，齐人娄敬路过洛阳，劝说刘邦迁都长安。由于刘邦的文武大臣，多为关东人，不愿意西迁。后经过辩论，刘邦才决定将都城西迁至长安。刘邦定都长安，但是洛阳却一直是全国性的大城市。
东汉雒阳
25年，刘秀在河北柏乡称帝，是为汉光武皇帝，同年攻下洛阳，定洛阳为都城。史称东汉或后汉。光武帝刘秀又经过十多年的征战，完成了统一全国的大业。东汉时期的雒阳，为天下名都，也是第一次正式成为全国性的首都，是全国政治、经济、文化的中心，也是全国最大的工商业都市。其城址在现今的白马寺东侧，即汉魏故城遗址。
东汉雒阳城大约在建武十四年（38年）前后建成，平面略呈长方形，共有城门十二座。其中西门三座，南门四座，东门三座，北门两座。城内有南北向的大道四条，东西向的大道三条，这些道路相互交错，共分为二十四段，当时称为二十四街，每条大东汉洛阳道分三股，中间是皇帝专用的御道，两边用四尺高的墙隔离，大道两侧种植栗、漆、梓、桐四种行道树，非常优美。城内的主要宫殿为南宫和北宫，南宫朱雀阙，建筑宏伟，宫中有却非殿，刘秀即位后曾在此居住。北宫有崇德殿，雕梁画栋，金碧辉煌，可以容纳万人。永安宫是一座离宫，环境幽静，景色秀丽，张衡在《东京赋》里这样描写道：永安离宫，竹林青翠；泉水伏流，清静纯洁，秋天斑鸠栖息，春日黄鹂和鸣；是一处自然环境和谐的人间天堂。城南有明堂、辟雍、灵台三组建筑。
明堂是皇帝祭祀的场所，天称明，故曰明堂。辟雍为“天子之学”，是“行礼乐，宣德化”的场所。每年三月、九月，东汉帝王常在此举行乡射礼等。
1931年，在辟雍遗址出土古代巨碑一通，正面篆书题额“大晋龙兴皇帝三临辟雍皇太子又再莅之盛德隆熙之颂”，碑文详细地记载了晋武帝司马炎及其子司马衷到辟雍视察的经过，颂扬了晋王朝重视教育的功德。碑阴刻有学官、教职员以及四百多学生的名字。此即通常所说之西晋“辟雍碑”。
灵台则是用来观察天象的，当年，科学家张衡先后两次任职太史令，亲自领导、主持和参与了灵台的天象观测和天文研究，他曾设计制造了浑天仪、地动仪等先进的科学仪器。公元133年、135年、137年，洛阳连续发生地震，张衡的地动仪均有显示，。公元138年，“千“契合无异”它还准确测报了发生于里之外”陇西的一次地震。张衡的地动仪是世界上第一台测报地震的仪器，早于欧洲同类仪器一千七百多年。东汉灵台一直沿用至曹魏、西晋。
东北隅建有太仓、武库，中部西侧为金市。城外东郊有马市，南郊有南市。汉代洛阳十分繁华，城内的商人和手工业者极多，车水马龙，王公贵族，锦衣玉食，连佣仆、婢妾也身着丝绸，穿金戴珠，相互攀比以显主人的显赫身价。
东汉时期的雒阳，文化也非常繁荣。光武帝刚建都时，从各地运来的书籍就有两千多车，东观是主要的藏书之地。国家的最高学府太学，学生多时达三万多人，匈奴等少数民族也有人来此求学。私学也很兴盛，不少学者广收门徒，私相传授。当时城里已经出现了卖书的铺子。国家还举办学术会议，章帝建初四年，召集学者在白虎观讨论儒家经典，皇帝亲自到场听取汇报。灵帝时，学者蔡邕等人校订《尚书》、《周易》、《礼记》、《诗经》、《公羊传》、《论语》，蔡邕亲自书写，刻石四十八块立于太学门前，世称“熹平石经”。立石之初，每天前来参观和临摹的人，摩肩接踵，络绎不绝，车子多时就有一千多辆，常常造成街道堵塞。
东汉末年，由于政治腐败，军阀混战，农民暴动，致使全国混乱。初平元年，西部的地方军阀董卓挟持献帝到西都长安，一熹平石经《春秋》残石拓片把火将雒阳化为了灰烬。东汉自光武帝至献帝，在雒阳建都的有十四帝，前后历时一百六十五年。
曹魏洛阳
汉献帝初平元年之后，天下分崩离析，军阀割据，连年混战，东汉王朝名存实亡。魏、蜀、吴三国鼎立的局面逐渐形成。曹操在军阀混战和镇压起义军时，势力逐渐壮大，最后掌握了东汉的大权，挟天子以令诸侯。公元207年，曹操基本上统一了中国的北方。213年，汉献帝封曹操为魏公。216年，又封曹操为魏王。220年，曹操病死在雒阳，其子曹丕继位。不久，曹丕废汉献帝为山阳公，自立为帝，是为魏文帝，改汉为魏，定都雒阳，并改雒阳为洛阳。史称曹魏。
曹魏从220年至265年司马炎灭魏为止，以洛阳为都四十六年。历经魏文帝、魏明帝、齐王、高贵乡公、元帝共五代。
曹魏后期，政治黑暗，曹魏走向衰落。265年司马炎继晋王位，接着重演曹丕代汉的游戏，迫使魏元帝曹奂让位，自立为帝，是为晋武帝，改国号为晋，史称西晋。西晋仍都洛阳。
西晋统一全国后，出现了短暂的稳定，经济也相应地得到了一定的恢复和发展，物质财富有所增加。但统治者极端腐败，晋武帝有姬妾万余人，整天沉湎酒色，花天酒地。贾皇后也姿意淫乐，竟在大街上抢拉男子入宫为男妃。外戚王恺与大贵族石崇比富，更令人吃惊。如此等等，终于酿成了历时十六年之久的“八王之乱”。洛阳再一次遇到了严重的破坏。永嘉五年（311年）为前赵攻取。西晋历经晋武帝、惠帝、怀帝、愍帝四代，都洛阳五十一年。
曹魏和西晋的洛阳城，依照前制，只是在魏明帝时，在洛阳城西北角增修了金墉城。
魏晋时期，自曹丕称帝之后，随着建安文学中心由邺城向洛阳转移，文化艺术也进入了一个空前繁荣的时期。
这个时期，有一个名左思的人，他花十年心血写成了一篇描写魏、蜀、吴都城的《三都赋》，但是却不为时人所重视，有的人甚至风言风语地加以讥讽挖苦。后来，左思将它给张华看，张华在当时是一个很有地位的人，他认为这文章可以与东汉张衡的《二京赋》相媲美，但由于左思没有名气，所以文章不被认同。于是建议他找个有影响的知名学者出来捧捧场。左思就求见当时的学术名流皇甫谧，皇甫谧看完文章，认为写得不错，就为他写了个序。这样一来形势急转直上，连原来讥讽挖苦这篇文章的人也改口称赞。左思的人气随之飙升，《三都赋》也身价大涨。大家争先恐后地相互传抄，致使洛阳的纸价也随之大幅上涨。“洛阳纸贵”这个成语便一直流传至今。
北魏是拓跋鲜卑族建立的政权。拓跋鲜卑族原来活动在东北的大兴安岭一带，以畜牧打猎为主，后来逐步南迁，十六国时期加入中原地区的政治角逐。太和十八年（491年），北魏占领中原，统一北方，迁都洛阳。
北魏洛阳是在汉、晋旧城的基础上改建的。仍利用东汉、魏晋的城墙和城门，只是把西城墙中间的雍门向北移了约五百米，并改称西阳门；在西城墙北端靠近金墉城处又开一门，称承明门。在城内废除了东汉以来南北宫的制度，建立了单一的宫城，街道也有些变更。宣武帝景明二年（501年）增修外郭城，号称“东西二十里，南北十五里”，有三百二十个坊及大市、小市、四通市等工商业区，范围极广，东汉以来的旧城则成为北魏洛阳的内城。
北魏的宫城位于城内北中部，南北长一千三百九十八米，东西宽六百六十米，占全城总面积的十分之一左右，是最重要的中心建筑区。宫城的南门也称阊阖门，门洞阙口宽约四十六米，门两侧有厚大的夯筑土阙，形制雄伟；东门云龙门与西门神虎门相对。
城内南部是官署、宗庙、社稷、寺院和贵族的住宅。城四周有护城河环绕，城北为谷水，东南西三面为阳渠。
北魏孝文帝是个大有作为的皇帝，他坚持改革，整顿吏治，严惩贪官污吏，恢复经济，发展生产。提倡学汉文、说汉话、穿汉服，促进了北方民族的大融合。使被破坏了的洛阳，得到了恢复和发展。
南朝人向来自诩中原正统，一部分南人本为战乱时期南迁的中原士族，他们认为北魏虽然强盛，但仍然是胡人；北朝人却认为南人僻居一隅，土地潮湿，闽楚方言，难以改变，目光短浅；中原人以四海为家，移风易俗，循五帝之迹，有大家风范。由此可见，当时南北方在观念上有着很大的隔阂。孝文帝顺应时代潮流，采取了禁止穿胡服、讲鲜卑语，改鲜卑复姓为汉姓、籍贯为洛阳人等一系列的改革措施，加速了鲜卑族的汉化过程。
北魏都洛阳四十一年，历经魏孝文帝、宣武帝、孝明帝、孝庄帝、长广王、节闵帝、安定王、孝武帝八个帝王。
北魏永熙三年（534年）后，北方分裂为东、西魏，西魏建都长安，东魏建都邺城。东魏为了迁都，就强迫洛阳的百姓跟着迁徙，拆除洛阳的宫殿，将建筑北魏洛阳示意图材料运往邺城。后来，东、西魏又在这里展开了争夺战争，使洛阳再次遭受严重的破坏。武定五年（547年），杨衒之来到洛阳时，见到城郭崩毁，宫室倾覆，寺观化为灰烬，庙塔成为废墟，城内野兽出没，儿童在街上放牧，农民在皇宫里种田，洛阳昔日的盛况，恐后世不知，特为此写下了《洛阳伽蓝记》一书。《洛阳伽蓝记》以记述洛阳的佛寺林园盛衰兴废为主题，可以称得上是一部洛阳城佛寺的盛衰兴替史。
由于汉魏时期的洛阳城受到毁灭性的破坏，所以，当后来隋炀帝重建东都洛阳的时候，就不得不另觅新址了。
白马寺，中国佛教第一寺
佛教是世界三大宗教之一，产生于公元前六世纪的古印度，公元前三世纪被定为印度国教，并开始向国外传播。佛教传入中国后，对中国人的思想意识、民族关系、文化艺术、风俗习惯等方面都产生了深刻的影响。
汉魏六朝是佛教东渐的时代。在这个相对漫长的乱世，佛教作为一种完全陌生的域外文化传入中国，并与本土文化发生碰撞与交融，初步地形成了自具特色的宗教。同时，作为一种规约和影响人们生活的宗教，佛教以其强大的感召力，迅速地从宫廷、士人阶层走向民间，成为了中华文明的一个部分。
早在公元前四世纪，中国丝绸已传至印度及地中海沿岸希腊各城邦国家。而丝绸之路的正式形成，起源于公元前二世纪汉武帝时张骞出使西域之后。当时的丝绸之路由西汉的都城长安起始。到了东汉，建都于洛阳，随着政治经济中心的东移，洛阳成为丝绸之路东端的起点。东汉时期，丝绸之路出现一派繁荣景象，《后汉书·西域传》中提到：“驰命走驿，不绝于时月；商胡贩客，日款于塞下。”这时洛阳取代长安，成为国际都会。
洛阳作为丝路东端的起点，对佛教的传入有很深的影响。汉明帝永平八年（65年）的“永平求法”，使佛教正式传入洛阳。“永平求法”的故事，是说东汉永平年间（58~75年），汉明帝夜寝南宫，梦见金人，其身长丈六，飞绕殿庭，顶佩白光。第二天早晨，汉明帝询问众位大臣，博士傅毅奏道：西方有神，其名曰佛，正如陛下所梦。明帝听罢，信以为真。于是就派遣蔡愔、秦景、王遵等十多人出使天竺、拜取佛法。蔡愔等人行至大月氏国，正好遇到在当地传教的天竺高僧摄摩腾、竺法兰。永平十年，汉使梵僧用白马驮载佛经、佛像，跋山涉水，回到洛阳。汉明帝礼请二位高僧下榻于鸿胪寺。寺是汉朝时候政府的一个办事机关，它并不是现在的寺庙，而是帝王所辖的一级单位，直接属于皇帝督导。皇帝下面设有九个寺，寺的长官叫做卿，我们一般称做公卿，鸿胪寺是负责外交事务的官署，鸿胪寺卿相当于现在的外交部长。所以，梵僧就由鸿胪寺来接待。后来，由于汉明帝想把他们常留在中国，这样一来，鸿胪寺不能长远招待他们，为此皇帝下面再增加一个单位，也就是从九个寺增加到十个寺，这个寺就是佛寺，佛寺也就是从这里开始的。翌年，汉明帝又敕命在洛阳城西修建僧院。这就是著名的白马寺。
在白马寺东二百多米外，有一座千年宝塔，名齐云塔，它是佛教传入中国后所修建的第一座佛舍利塔。建于东汉永平十二年（69年），也就是建白马寺的第二年。齐云塔本称释迦舍利塔、金方塔、白马寺塔。初建为木齐云塔
塔，后毁于雷火。现存的齐云塔，为金大定十五年（1175年）所重修，故又称“金方塔”，为四方形密檐式砖塔，距今已有八百多年的历史。齐云塔有一奇，当您站在齐云塔的南面，大约二十米处用力击掌，便可听到从塔身处发出“哇哇”
的叫声，和青蛙的叫声十分相似。
当时，信奉佛教的人并不多，影响也小。到了魏晋，尤其是南北朝时期，佛教得到很大发展，天竺的各种佛教流派，纷纷传入中国，佛教的许多经典，也被大量翻译过来。各地广修寺庙，南朝梁武帝时，仅建康一地就有寺院数百所，僧尼十多万。唐朝诗人杜牧的“南朝四百八十寺，多少楼台烟雨中”就勾画出了南北朝时佛寺的兴旺。
早在东汉初期，佛教在上层统治者中已有一定影响。《后汉书·光武十王列传》中记载，“晚年更喜黄老，与汉明帝同时的楚王刘英，学为浮屠斋戒祭祀”。这就是说，他把浮屠同黄帝、老子一起祭祀，即把西来佛教同中国的神仙方术视为一流。在佛教传播中，佛寺开始兴建，佛经翻译也大量进行，又推动了佛教在中国的传播。
东汉末期，地主豪强势力扩张，土地兼并加剧，大批农民沦为部曲、佃户；广大农民在横征暴敛、水旱虫灾的双重打击下，蒙受深重苦难。后经三国、两晋、南北朝三四百年的战乱，人民流离失所，苦不堪言。封建统治者利用佛教让百姓去“求佛”以“摆脱苦难”，而人民也在无望中把解脱苦难寄希望于佛祖能“普度众生”。这为佛教的传播提供了极佳的社会条件。
东汉末年，佛教与道教发生冲突，但道教随着黄巾起义的失败，陷于低潮，为佛教的通行排除了障碍。同时，由于儒家今文经学演变为谶纬之学，使儒家名教（政治体制、伦理道德）失去了号召力。许多文人、士大夫因而悲观厌世，转而崇尚道教的消极避世思想，热衷于用老庄思想来解释儒家经典，即兴于魏晋的玄学。佛教利用这又一良机，把佛教般若学说的“本无”，即“空”，与玄学“有生于无”“以无为本”得到玄学家们的欢迎，借用了、的意思相融通，“本无”、的概念。
“空”另一方面，佛教抱主动进取的态度。一是调整自身的“观念”，迎合中国传统的神道观念及儒、道学说。佛教宣扬“禁欲”，本与儒家的“孝道”、“不孝有三，无后为大”相悖，但佛家却自称也提倡孝顺父母，不孝者要遭报应，强调出家行道是根本的孝道等，以此证明佛、儒是一致的。《后汉书·襄楷传》中有“老子入夷狄为浮屠”的说法。据此，西晋道士王浮编了《老子化胡经》，称老子在周幽王时西行出关，渡流沙，教化胡人，入印度创立佛教，目的是想以此压倒佛教。可佛教对此默认以攀附道教，利用此说证明佛教本来就源自中国，那么在中国宣扬佛教便名正言顺了。在翻译佛经时，常采用道学名词来诠释佛教的概念。安息国僧人安世高在翻译小乘的《安般守意经》就解释说：
时，“安为清，般为静，守为无，意名为，是清静无为也”。老庄里讲长寿须静心养气，称为“守一”，僧人就借此来翻译思虑集中，心绪专一的“禅定”。
简而言之，佛教进入中国后，虽经历过几次灭佛的挫折，但得到了多数皇帝的支持，至隋唐时已与中国的传统的神仙方术及儒家、道家学说基本融合，成为中国宗教文化的一大主力。