西晋末年永嘉南渡之后，北方陷入分裂，在河西走廊和河湟地区先后兴起了前凉（318—376年）、后凉（386—403年）、南凉（397—414年）、西凉（400—421年）、北凉（397—439年）五个政权，五凉中的前凉、后凉、南凉、北凉都曾建都于姑臧（今武威）。这一时期，中国文化以民族融合、儒学统治地位的巩固及佛教广泛传播等形式进一步发展。凉都姑臧则充当了承上启下、沟通东西的文化枢纽角色。
前凉开国君主张轨，自称汉初常山王张耳之后，原为西北门阀，在西晋八王之乱时割据河西自立。晋室南渡后，张轨建立前凉政权，遥奉东晋正朔，多次击败入主中原的少数民族政权，时有民谚云：“凉州大马，横行天下”。张轨在河西保境安民、为政宽和、收容流民、重用人才。胡三省在《资治通鉴》注文中说：“永嘉之乱，中州之士避地河西，张氏礼而用之，子孙相继，衣冠不坠，故凉州号为多士。”此举为姑臧和河西的发展带来了先进生产力和先进文化，有力地促进了当地的发展。同时张轨铸五铢钱“凉造新泉”通行各地，影响深远。经过张氏几代君主的励精图治，河西社会安定，人民殷富，“嘉苗布原野，百卉敷时荣”。前凉第四代君主张骏时期，前凉国力昌盛，曾出兵征伐龟兹（今新疆库车）、鄯善（今新疆若羌）等地，在中原陷入混乱的时代巩固加强了中原与西域的联系。

凉造新泉凉造新泉我国第一例以国号命名的方孔圆钱。魏晋时，河西地区商品经济衰落，民间常以布匹为币，交易时常常要把布匹撕成块段，造成颇多浪费与不便。前凉建立后，铸“凉造新泉”投放市场，以利商贾货贿，促进了地方经济的发展。
由于“中州避难者日月相继”，姑臧旧城已无法满足需要。张轨、张骏参考汉长安城规制，以“拟于王者”的标准营建姑臧。张骏筑谦光殿，殿四面各建一殿，东面是宜阳青殿，春季居住；南面是朱阳赤殿，夏季居住；西面是政刑白殿，秋季居住；北面是玄武黑殿，冬季居住。前凉极盛时，武威已经达到了“姑臧七城”的宏大规模。

366年北方地区的分裂态势366年北方地区的分裂态势：前凉据河西；慕容鲜卑的前燕据黄河下游；氐人的前秦据黄河中游，为十余年后统一北方积聚力量；东晋坚守南方半壁，谋求自淮泗北上规复中原；拓跋鲜卑在前套、雁北建立了代国，打开了进入中原的门户。（资料来源：《中国历史地图集》《中国行政区划通史》《中国史稿地图集》《资治通鉴》《晋书》）
东晋太元元年（376年），一度兴盛的前凉被前秦苻坚所灭。太元八年（383年），前秦君主符坚派骁骑将军吕光出征西域，大破龟兹。同年，前秦在淝水之战中战败，北方重新陷入分裂。三年后（386年），吕光据姑臧，自领凉州刺史，正式在姑臧建立了后凉。
吕光西征龟兹期间，被龟兹瑰丽的文化艺术所倾倒。在班师东归时，他用2万峰骆驼运送珍宝和乐舞艺人到姑臧，并将乐人舞伎编成一支庞大的乐舞队，又将大量的龟兹乐曲加以改编，与河西地区保留的中原乐舞融合，促成了凉州乐舞艺术的大发展。隋唐时确定的九部国乐中，有八部都是从凉州输入的，其中以西凉乐最为著名。凉州乐舞既是中国乐舞的重要组成部分，又是民族融合的结晶，是辉煌灿烂的五凉文化宝库中的一颗明珠。
吕光崇佛，从龟兹请来高僧鸠摩罗什，寓居姑臧17年，使河西佛教传播达到高峰。吕光去世后，后凉内乱不止，被后秦所灭。后秦灭后凉后，鸠摩罗什被后秦君主姚兴迎入长安，翻译佛经300余卷，影响深远。相传其圆寂后真身火化，唯舌独存，故建塔以奉。现武威城内的罗什塔，是鸠摩罗什葬舌之地。

402年北方地区的分裂态势402年北方地区的分裂态势：前秦分裂后，姚羌的后秦占据关洛；代复国改称北魏，据河朔；前燕势力在黄河下游复国建立后燕，被北魏所败，分为南、北二燕，北燕为汉人冯氏所篡；东晋通过淮泗北上，蚕食中原；河西地区后、南、西、北四凉纷争不休。（资料来源：《中国历史地图集》《中国行政区划通史》《中国史稿地图集》《资治通鉴》《晋书》）
南凉是河西鲜卑首领秃发乌孤建立的政权。立国之初建都于西平（今青海西宁），秃发乌孤的弟弟秃发檀继位后，将国都从西平迁到乐都（今青海乐都）。后秦灭后凉后，秃发檀假意取消了年号，臣服于后秦，取得了后秦君主姚兴的信任，被任命为凉州刺史，镇守姑臧。东晋义熙二年（406年），南凉迁都姑臧，经常与向东扩展的北凉发生冲突，数次失利后，又将都城迁回乐都，四年后，南凉被西秦所灭。
北凉由匈奴别支卢水胡沮渠氏拥立后凉建康太守段业所建。东晋隆安五年（401年），卢水胡首领沮渠蒙逊杀段业，自称凉州牧、张掖公，建都张掖，不久又攻占姑臧，从张掖迁都于姑臧。蒙逊重视儒学，重用文人宋繇、刘等。蒙逊信奉佛教，在城南百里的天梯山开凿石窟，这是我国早期石窟艺术的精品。他还从西域请来高僧昙无谶，尊为国师，在凉州主持大规模的译经活动，译经数量比其余四凉译经的总和还要多，姑臧也成为当时全国范围内一处重要的译经中心。北魏太延五年（439年），北凉被北魏所灭，而从姑臧走出的一批高僧和工匠对后世佛教和石窟艺术的发展产生了重要影响。

北凉时期的佛教壁画五凉时期，河西地区民族融合的步伐大大加快。前凉张轨及其子孙励精图治，促进了中原汉文化在河西的流传浸润。后凉、南凉、北凉大大加速了少数民族与汉族的融合。五凉统治者上层无论是出身汉族著姓，还是少数民族权贵，都敦崇儒学。五凉时期文学成就丰硕，上承建安，下启隋唐，与偏安江南的东晋文学难分伯仲，也是民族融合和汉文化浸淫的一个重要表征。
北魏统一北方后，寓籍武威的中原学者和河西本土学者大量东迁，使中原大地激荡起五凉文化的余波大澜，正如著名历史学家陈寅恪先生所论：“西晋永嘉之乱，中原魏晋文化转移保存于凉州一隅，至北魏取凉州，而河西文化遂输入于魏，其后北魏孝文、宣武两代所制定之典章制度深受影响。”著名历史学家范文澜先生也说：“凉州在十六国时期是中国北部的重要文化区，对北魏的文化也起着重要的作用。”
五凉时期，武威是重要的佛教中心，一批西域高僧的寓居传法、大量经典的翻译和佛教石窟的修筑成为佛教繁荣的重要标志，更值得注意的是，武威也走出了竺佛念、智严、宝云、道泰、道朗、慧嵩等本地高僧，显示出佛教开始与中原汉文化深度融合的迹象，佛教在武威的本土化，为后世汉传佛教的发展奠定了基础。