唐开元年间,创建开元寺,为唐之国寺。
五代其地为后唐所占,区划未有大的变动。云中县,为云州治,隶属河东道。李克用与契丹耶律阿保机相会于云州东城,易袍马为兄弟,因取“怀想仁人”之义,改名怀仁县;后唐庄宗同光二年(924)析蔚州兴唐县设置广陵县(今广灵县)。后唐庄宗同光三年(925)复以云州为大同军节度。清泰三年(936)叛将河节度使石敬瑭,拜契丹主耶律德光为父,借契丹兵灭后唐,称帝,国号晋。以契丹有助援之功,将燕云十六州割让给契丹。云中判官吴峦“闭门不受契丹命”,修整器械,昼夜守城,坚持了半年之久,“峦求援晋,晋主召峦南归”,云州陷落。至此大同先后被契丹、女真、蒙古统治者统治长达433年,使中原汉族统治从此失去北方屏藩。
辽后晋天福二年(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。辽对大同非常重视,派重兵把守,“非亲王不得主之”,“大抵西京,多边防官”,大同为辽之边防要塞。辽西京大同城,是在北魏平城京城故址上建筑加固,“因建西京,敌楼棚橹具广袤二十里”,西京设留守司衙,衙南称西省。北门东部为大同府,西部为大同驿。城东北有规模宏大的国子监。西部建同文等宫殿。云冈西建有焦山行宫,西北隅有萧太后(燕燕)在西京驻跸的梳妆楼,亦称凤台(遗址在大十字路北),“凤台晓月”为大同八景之一。清宁八年(1062)建规模宏丽、造型精巧的巨刹华严寺,为辽“奉安诸帝石像、铜像”而建造。还建有湛然观(今太宁观)、思政堂。重建云冈十寺,据《大金西京武周山重修大石窟寺碑》载,“辽重熙十八年(1049)母后重修。天庆十年(1120)赐大字额。咸雍五年(1069)禁山樵牧,又差守巡使。寿昌五年(1099)委转运使提点。清宁六年(1060)又委转运使监修。”辽对石窟寺连续12年进行了大规模修整。重熙六年(1037)兴建观音堂。被誉为“天下奇观”的应县佛宫寺释迦塔,于清宁二年(1056)兴建,“拔地擎天,乘风步月”。
