公元前221年，秦始皇统一中国，废分封制，立郡县，全国设36郡，今大同境内为雁门郡、代郡之地。其时见于记载的城有：平城、代、善无、延陵、平舒、武周塞、新城、班氏、马邑等。秦始皇派大将蒙恬率30万大军北击匈奴，并征集民众筑长城，在今左云高山以东，云冈以西十里河谷“筑城武周塞内，以备胡。

       西汉沿袭秦郡县制，其地仍为雁门郡、代郡之地。雁门郡属并州刺史部。沿所善无，共辖14县：善无、沃阳、繁峙、中陵、阴馆、楼烦、武州、汪陶、剧阳、崞、埒、马邑、疆阴、平城，平城为东部都尉治。代郡属幽州刺史部，治所桑干，共辖18县，在今大同境内者10县：道人、高柳、班氏、示氏、平舒、延陵、灵丘、且如、平邑、参合。

      东汉各州置州牧，后改州牧为刺史。其地为雁门、代郡之地。雁门郡属并州刺史部，治阴馆，属县十四，今大同市境内有四县：繁峙、武州、崞、平城。代郡属幽州刺史部，治高柳，属县十一，在今大同市境内有六县：高柳、道人、班氏、示氏、北平邑、平舒。建武中，卢芳之乱，沿边八部并废，徙雁门、代郡之民于常山关、居庸关东。建武二十七年（51）复置郡，自善无移雁门郡治阴馆，县仍属。其代郡治高柳。“建安中省云中、定襄五郡，立新兴郡于太原界，郡为一县隶之，而别置平城县于勾注陉南，往属焉。”汉末天下大乱陉北之地弃为荒徼。建安二十年（215）曹操讨伐乌桓，平定代地。安集北边郡县之民，在今代县东五里置平城县，属冀州新兴郡。黄初元年（220）复置并州，平城属并州雁门郡。无论属冀州新兴郡的平城，还是并州雁门郡的平城，均为同名异地，非今大同。