战国时期，燕为七雄之一，设置上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东5郡。区境东部，今龙泉、永定、潭柘寺三镇范围均属渔阳郡，其余地域属上谷郡。

在军庄村一带春秋战国墓葬中出土的燕国刀币、青铜剑、青铜戈等，说明了当时境内的经济、政治、文化发展水平。

秦并六国后，行郡县制，区境属广阳、上谷二郡。三国时，区境属幽州。东晋政权偏安南方，北方出现了由少数民族统治者建立的割据政权，史称“五胡十六国”。

北魏太平真君七年，太武帝发司、幽、定、冀四州10余万人，修筑畿上塞围，东起上谷，西至黄河，广袤干里，今境内尚留有北魏长城遗迹。

东魏武定三年，平远将军元勒动用民工1500余人，在区境内河北衬西北筑城戍边。

隋朝，南北统一，“罢天下诸郡”，设州县二级地方行政建制。区境内上苇甸乡、王平地区办事处范围以东属幽州蓟县，其余地域属燕州沮阳县。

大业三年年，州废，区境分属蓟、怀戎二县。唐兴隋亡，建中二年，析蓟县西部与广平县东部置幽都县，区境东部属广平县。

县治所由原古城迁至区境内辛秤村，此为境内设

县之始。

光启中年，置永兴、矾山二县，区境西部属矾山县。乾宁三年，李克用兵征幽州卢龙军节使刘仁恭，渡木瓜涧被刘所败。刘仁恭撤矾山县、幽都县置玉河县，区全境属玉河县。

五代初，契丹势力进入华北。为报契丹援立之功，天福三年，后晋高祖石敬瑭割燕、云等16州归契丹，玉河县属契丹。开泰元年，辽改幽都县为宛平县，宛平县名始于此。

宋、金结盟攻辽，辽败，玉河县先属宋，后归金。金天眷元年，玉河县废，区境归属宛平县。

辽、金两代，兴寺拜佛，众多高僧到潭柘寺、戒台寺研习佛法。戒台寺虽建于唐，但其规模和样式基本是辽代的风格，是中国北方保存辽代文物最多、最完整的寺院。

元朝，区境大部分属宛平县，仅沿河城一带初属矾山县，后属怀来县。1340年著名学者熊梦样在斋堂村完成了北京地区年代较早的著名方志书《析津志》的撰写。