学家张衡在此创造了浑天仪和候风地动仪。这里还建立了我国较早的天文观察台灵台。

东汉末年，军阀董卓在洛阳尽烧宫室，洛阳毁于一旦。三国魏时又在洛阳修建了昭阳殿、太极殿和总章观等宫殿，于芳林园开挖陂池，以满足统治者生活的需要。但就整个洛阳城而言，仍是人烟萧条。西晋时洛阳人口较多，工商业呈现出一派繁荣景象。全城有金、马、羊三大市场，每天在规定的时间通过击鼓通知开市闭市。贵族生活奢糜，有不少华丽的建筑物。但西晋只维持了四五十年，西晋末年洛阳又化为一堆瓦砾灰烬。

北魏统一北方以后，于太和十九年(公元495年)将都城自平城(今山西大同市)迁到洛阳，并在汉魏洛阳故城的基础上重建城市。城内外的宫殿园囿建筑较魏晋时又有所发展，特别是佛教建筑。北魏统治者崇尚佛教，在洛阳广建佛寺，佛寺最多时达1367所，而且建筑雄伟，结构精丽。著名的龙门石窟(在今洛阳市南)便是北魏时开始营建的。居民区称为“里”，全城共有220里。其中，通商、达货、调音、乐律、延酤〔gu估〕、治觞〔shang伤〕、慈孝、奉终等里的居民分别以经商、演奏音乐、酿酒、卖棺材等业为生，归正、归德、慕化、慕义等里则用来安置内迁的边疆移民。北魏灭亡后，因战争破坏，洛阳再度成为废墟。

隋唐时，洛阳开始了它最辉煌壮丽的一页。公元604年隋炀帝即位后，改洛阳为东京，在汉魏旧城西18里重筑新城，并将全国数万家富商大贾迁到洛阳。新城跨洛水两岸，大约周长55里，呈南宽北窄的不规则长方形，由宫城、皇城、东城、含嘉城和圆壁城、外郭城等组成。宫城、皇城都在城西北角地势较高的地方，宫城在北，皇城在南。宫城的中央各殿和皇城正中门都对着伊阙山，全城以此为中轴线，不仅气势雄伟，而且居高临下，也便于防卫。城西又有西苑，周200里，苑内广布奇花异草和珍禽异兽，又沿龙麟渠建了16所宫院，供皇帝游玩。隋代，城内有居民区120坊和丰都、大同、通远等三个“市”。三市占地广阔，商业繁荣，最大的丰都市方圆八里，据说市内有120个行业，3000余家店铺，周围还有400余家商店。

隋炀帝在营建东京的同时，又从洛阳的西苑引涧水和洛水到黄河。不久，又修成纵贯南北、与黄河相交的大运河和永济渠。这样，从洛阳乘船，南可到达余杭(今浙江杭州)，北可到达涿郡(今北京市西南)，洛阳成为全国水陆交通的中心，经济文化更加繁荣