周平王元年（前770年），周平王东迁洛邑，是为东周。
秦庄襄王元年（前249年），秦在洛阳置三川郡，郡治成周城。
汉王元年（前206年），项羽封申阳为河南王，居洛阳。
汉高祖五年（前202年），刘邦建汉，初定都洛阳，后迁长安。随后刘邦又多次回到洛阳，在洛阳杀彭越、释栾布、出兵击败英布。汉帝国在洛阳设立中央武库和中央粮仓敖仓 [156]。改三川郡为河南郡，治洛阳。辖洛阳、河南（汉置，治王城）、偃师、缑氏、平（偃师西北）、平阴（孟津东北）、新成（伊川西南）、榖成（新安东）及巩、荥阳、新郑、中牟、开封等22县。
汉武帝称洛阳为“汉国之大都” [156]，置十三州部刺史，河南郡属司隶。汉元帝时期，翼奉上书奏请汉元帝迁都洛阳。 [156]汉平帝元始二年（公元2年），洛阳人口33.262万，比长安多8.6万，是西汉最大的工商业城市。以洛阳为郡治的河南郡是西汉领县最多、人口最多的郡，被称为“西汉首郡”。 [156]
西汉末年，王莽篡政，改洛阳为宜阳，以洛阳为新室东都，常安(长安)为新室西都，随后下诏迁都洛阳。然因改革失当，绿林赤眉起义爆发，迁都未竟。 [153]
玄汉更始元年（23年），新莽覆灭，更始帝刘玄迁都洛阳。 [153]
东汉建武元年（25年），光武帝刘秀定都洛阳，改洛阳为雒阳，称为“东京” [155]。建武十五年（39年），更河南郡为河南尹。
汉明帝时，对洛阳城进行了大规模营建，重修了北宫，增加了城市园林，奠定了洛阳城的基本格局。同时在城西修建了中国第一座官办佛教寺院白马寺。 [168]
汉和帝永元六年（94年），西域“五十余国悉纳质内属”，洛阳汉廷的影响力臻于极盛，史称“条支(今伊拉克)、安息(今伊朗高原)诸国至于海濒四万里外，皆重译贡献。” [198]后经甘英出使罗马帝国 [199]，洛阳汉廷的势力远达西亚地中海东沿，而其巨大影响甚至波及欧洲。 [198]
东汉永元十二年（100年），罗马帝国马其顿巨商梅斯委托代理人抵达洛阳，汉和帝“赐其王金印紫绶”，实现了中国与欧洲有史可据的首次直接来往 [169]，当时的洛阳被西方文献记载为“Sera（赛拉）”。 [143]
东汉元兴元年（105年），蔡伦在洛阳研制出世界上第一种真正意义上的纸——“蔡侯纸” [194] [195]。
东汉元初六年（119年），邓太后在洛阳创办了世界上第一所男女同校的学堂“元初学宫”。 [195]
东汉阳嘉元年（132年），张衡在洛阳发明了世界上第一台测定地震方位的地动仪。 [197]
东汉永和五年（140年），河南尹“有口一百零一万零八百二十七”。
东汉光和元年（178年），汉灵帝在洛阳创办了世界上最早的文艺专科大学——鸿都门学。
黄初元年（220年），魏文帝曹丕定都洛阳，变雒阳为洛阳，设司隶校尉部。随后魏明帝曹叡在洛阳建造了金墉城。 [180]
西晋泰始元年（265年），西晋代魏，仍以洛阳为都。
北魏太延二年（436年），在洛阳置洛州。
北魏太和十八年（494年），孝文帝迁都洛阳。
北周大象元年（公元579年），周宣帝宇文赟欲迁都洛阳，以洛阳为东京 [155]，营建新都，设立“东京六府”。然而次年驾崩，工程停止。
隋开皇元年（581年），在洛阳置东京尚书省；次年，置河南道行台省；三年，废行台，以洛州刺史领总监；十四年，于金墉城别置总监。
隋大业元年（605年），隋炀帝迁都洛阳，称“东京” [129]，在东周王城以东，汉魏故城以西18里处，新建洛阳城，即隋唐洛阳城。同年，改洛州（东魏改司州置）为豫州，三年又改河南郡，十四年复置洛州，辖河南、洛阳、偃师、缑氏、阌乡、桃林、陕、熊耳、渑池、新安、巩、宜阳、寿安、陆浑、伊阙、兴泰、嵩阳、阳城等18县。
隋大业二年（606年），隋炀帝在洛阳开创史上首次万国来朝 [129]，《隋书》记载：“每岁正月，万国来朝，留至十五日，于端门外，建国门（即定鼎门）内，绵亘八里，列为戏场……自是每年以为常焉。” [178]
隋大业五年（609年），改东京（洛阳）为东都。 [129