907年，唐朝滅亡，朱溫篡唐建立後梁，911年，幽州節度使劉守光不顧眾將臣的反對，登極稱帝，國號大燕，改元應天。 桀燕建立後，即不斷受到晉王李存勗（沙陀人）的攻擊，應天三年（913年），晉軍攻陷幽州，俘獲被囚禁已久的劉仁恭，而劉守光逃亡後不久亦被擒。914年劉仁恭和劉守光父子被殺。
923年，沙陀人李存勖建立後唐。並滅掉後梁，到後唐末帝李從珂繼位時，大將石敬瑭為河東節度使。後來末帝開始對石敬瑭起疑，石敬瑭也暗中謀自保。石敬瑭以多病為理由，上表請求朝廷調他往其它藩鎮，借此試探朝廷對他的態度。末帝在清泰三年（936年）五月改授石敬瑭為天平軍節度使，並降旨催促赴任。石敬瑭懷疑末帝對他起疑心，便舉兵叛變。後唐派兵討伐，石敬瑭被圍，向契丹求援。九月契丹軍南下，擊敗唐軍。石敬瑭在十壹月受契丹冊封為大晉皇帝，認契丹主為父，自稱兒皇帝，然後向後唐都城洛陽進軍，末帝在閏十壹月（937年1月）自焚，後唐遂亡。沙陀人石敬瑭滅後唐後，建立後晉，並在938年按約定將燕雲十六州獻給契丹。
燕雲十六州被割讓給契丹（遼朝）以後，中原失去了與北方遊牧民族之間的天然和人工防線，遼國也開始從單純的遊牧民族，向遊牧與農耕相交雜的民族。在燕雲十六州，漢族也和契丹族混居。
顯德六年（959年），後周世宗柴榮率軍攻遼，水陸並進，壹個多月內收復瀛、莫、寧（河北靜海縣南）三州，以及益津關（河北霸縣）、瓦橋關（涿縣南）、淤口關三關。五月，欲攻取幽州（今北京）時，因病重班師，六月十九日，卒於東京（今河南開封）。
北宋和遼朝時期
宋朝開國之後，面對遼朝（契丹）鐵騎由燕雲十六州疾馳而至的威脅，不得不在汴京附近廣植樹木。宋太祖趙匡胤不忘收復燕雲，曾在內府庫專置“封樁庫”，打算用金錢贖回失地。宋朝還在河北南部興建“北京”大名府和遼國對峙。太平興國四年（979年）宋太宗趙光義移師幽州，試圖壹舉收復燕雲地區，在高梁河（今北京西直門外）展開激戰，宋軍大敗，宋太宗中箭，乘驢車逃走，兩年後瘡發去世。之後北宋與遼進行了長期的戰爭，壹直未能占領此地。景德元年（1004年）北宋真宗抵澶州北城，後與遼國在澶州定下了停戰和議，史稱“澶淵之盟”，之後宋遼邊境長期處於相對穩定的狀態。
宣和四年（1122年）宋金訂立“海上之盟”，約定聯合滅遼後，金歸還宋燕雲十六州。於是北宋預置了燕山府路和雲中府路。金太祖完顏阿骨打把遼天祚帝趕到燕山以西之後，於1123年二月把太行山（後明在此建內長城）以南的燕京[1]、涿州、易州、檀州、順州、景州、薊州如約歸還[2]。但阿骨打死後，金以張覺事變為由伐宋。宣和七年（1125年）十二月金兵又占領燕京地區。第二年金國大舉南下，俘虜了徽欽二帝，占據了中原地區，史稱“靖康之變”，北宋滅亡。1127年，宋舊皇室趙構衣冠南渡，宋高宗趙構建立南宋偏安政權，後來遷都臨安（杭州）。
1213年，燕雲十六州被蒙古帝國占領。成吉思汗大軍南下，橫掃河北，1215年，元太祖成吉思汗攻克金中都，並改名為燕京，1234年，蒙古滅金朝。1276年，元朝滅南宋，1279年，元朝消滅南宋殘余抵抗勢力，統壹全國。1264年八月，元世祖忽必烈下詔改燕京（今北京市）為中都，定為陪都。1267年忽必烈遷都位於中原的中都，1272年，將中都改名為大都（突厥語稱汗八裏，帝都之意），將上都作為陪都。