匈奴铁弗部首领刘勃勃曾为后秦姚兴部将，驻守河套。407年(晋义熙三年)据有大城(今内蒙古杭锦旗东南)，自称大夏天王，史称夏。勃勃后改姓赫连。夏占有河套至陇东和陕北，并不断进攻渭北，威胁后秦。413年建统万城(今陕西靖边县北白城子)为都。418年，赫连勃勃进攻关中，晋军败退，夏以长安为南台(陪都)。至此，夏的疆域扩大到关中。426年(宋元嘉三年，北魏始光三年)，北魏围统万，夺取长安；次年攻下统万。夏的残余势力在关中和陇东与北魏争夺，431年还乘机灭了西秦，但终于无力对抗，夏主赫连定西迁河西，途中被吐谷浑袭俘，夏亡。
304年(晋永安元年)匈奴左贤王刘渊以助成都王司马颖为名，在离石(今山西离石县)起兵，不久就迁至左国城(今离石县北)，称汉王。308年(晋永嘉二年)攻占平阳(今山西临汾市西南)，迁都蒲子(今山西隰县)。同年十月刘渊称帝，国号汉，次年迁都平阳。311年，汉军攻入洛阳，晋怀帝被俘。316年(晋建兴四年)兵临长安，晋愍帝出降，西晋灭亡。汉将刘曜攻占关中，石勒攻占了关东，317年前后，汉的疆域北至阴山、今桑干河、燕山，南至淮河、秦岭，西至黄河、陇东。318年(晋大兴元年)，汉主刘粲被权臣靳准所杀，刘曜在长安称帝，与石勒起兵讨伐。次年刘曜改国号为赵，建都长安，史称前赵。石勒也自称赵王，与前赵分裂，史称后赵。前赵初建时的疆域东起洛阳，西至陇西黄河，北至渭北高原和今山西西南。以后受石勒打击，退至关中。328年(晋咸和三年)石勒大破前赵军，刘曜被俘。329年，后赵将石生攻下关中，前赵亡。
400年(晋隆安四年)，段业以李敦为敦煌太守，不久李暠称凉公，建都敦煌(今甘肃敦煌市西)，史称西凉。西凉据有河西走廊酒泉以西及西域，405年(晋义熙元年)迁都酒泉。420年，西凉主李歆东伐北凉，兵败后死，酒泉失守。421年，北凉破敦煌，西凉亡。
319年石勒(羯人)称赵王后，建都襄国(今河北邢台市)；330年(晋咸和五年)即帝位。在灭前赵后，后赵已拥有汉、前赵的最大疆域，并一度越过淮河和南阳盆地，威胁东晋的北部。石虎即位后迁都于邺。后赵末年发生内乱。349年(晋永和五年)石虎死后，他的养孙石闵(汉人)杀赵主，并在邺和境内屠杀一切羯人和胡人。
385年(晋太元十年)，陇西鲜卑首领乞伏国仁自称大单于，筑勇士城(今甘肃榆中县东北)为都，史称西秦。388年国仁死，弟乾归立，迁都金城(今甘肃兰州市西北)。西秦疆域狭小，虽置有十二郡，实际仅今甘肃兰州至陇西间地。以后曾击败氐族首领杨定，据有今甘南武都、成县一带。后又迁都苑川(今甘肃榆中县东北)。400年(晋隆安四年)被后秦所破，成为附庸。409年(晋义熙五年)乘后秦势衰，乾归在枹罕(今甘肃临夏县西南)复称秦王，后又迁回苑川。414年，西秦灭南凉，占有今青海青海湖以东一带。430年(宋元嘉七年)西秦主乞伏暮末被北凉所逼，东迁投北魏，被夏兵阻于南安(今甘肃陇西县东南)，故地全被吐谷〔yu玉〕浑占据。次年正月降于夏，西秦亡。
407年，后燕将军冯跋(汉人)等拥慕容云为主，杀后燕主慕容熙。慕容云复本姓高(高句丽人)，称天王，史称北燕。409年高云被杀，冯跋继位。北燕只拥有后燕后期的疆域。436年(北魏太延二年，宋元嘉十三年)灭于北魏。
秃发乌孤是河西鲜卑一支的首领，一度归附后凉。397年(晋隆安元年)，乌孤自称大单于、西平王，攻占金城等地，史称南凉。399年迁都乐都(今青海乐都县)，据有今青海东部。同年又迁至西平(今青海西宁市)，402年(晋元兴元年)迁回乐都。406年(晋义熙二年)从北凉夺得姑臧，疆域扩大至河西走廊东段。410年败于北凉，退出河西走廊。414年灭于西秦。
慕容垂本是前燕宗室，前燕末因受猜疑降前秦，为苻坚所重用。苻坚败后，慕容垂于384年自立为燕王，史称后燕。两年后称帝，定都中山(今河北定州市)。后燕收复了辽东旧地，又在394年(晋太元十九年)消灭了西燕，同年占有今山东。到第二年，后燕疆域的东、西、北三方面大致恢复了前燕的旧界，南面则只到达今山东南界、河南洛阳至商丘一带。397年(晋隆安元年)魏军攻克中山，后燕主迁于邺。次年慕容德建南燕，今山东境内已非后燕所有。后燕的都城迁回龙城，疆域缩小到前燕初期的范围，但东部已被高句丽夺取，只有辽河以西至滦河下游地区。407年(晋义熙三年)为北燕所取代。
298年(晋惠帝元康八年)，关中连年饥荒，巴氐(原在巴地的一支氐人，东汉末年迁至陇东和关中)首领李特率流民入蜀。到了301年(晋永宁元年)，益州刺史罗尚限流民在七月返乡，流民要求秋收后出发也未准许。十月，流民推李特等为首，起兵于绵竹(今四川德阳市北)，进攻成都。304年(晋永安元年)，李雄称成都王。306年(晋光熙元年)称帝，国号大成。因以后李寿在338年改国号为汉，史称成汉。成汉的疆域大致是今四川省除川西高原部分和汉中盆地的西部。东晋永和二年(公元346年)桓温伐成汉，李势降，成汉亡。
397年，河西卢水胡首领沮渠蒙逊起兵，拥后凉建康(治今甘肃高台县南)太守段业为建康公，史称北凉。401年，蒙逊杀段业，自称张掖公，建都张掖，据有河西走廊中部张掖一带。410年占有河西走廊东段，412年迁都姑臧。420年(宋永初元年)击败西凉，进占酒泉；次年攻占敦煌，灭西凉。至此，疆域达到极盛，与后凉盛时相当。439年(宋元嘉十六年，北魏太延五年)灭于北魏，但北凉残余势力继续在洒泉抵抗，战败后又占有鄯善、高昌(今新疆吐鲁番市东部一带)，直到460年(北魏和平元年)才被柔然吞并。
398年，后燕的大部分疆域被北魏攻占，宗室慕容德从邺迁至滑台(今河南滑县东旧县)，称燕王，史称南燕。不久就向东南发展，占有今山东大部，次年就以广固(今山东青州市西北)为都。409年晋刘裕北伐，次年初攻占广固，南燕亡。
384年，前燕原宗室慕容泓据有华阴，称济北王，不久被杀，其弟慕容冲称皇太弟，率其部众进攻长安，史称西燕。次年攻入长安，据有关中一部分。但到386年就发生内乱，最后慕容永获胜，迁至闻喜(今山西闻喜县)，长安和关中为后秦所占。慕容永又攻占长子(今山西长子县西南)，即以长子为都，称帝。西燕的疆域仅今山西南部，而且很不稳定，其西部不久就被后秦占有。394年灭于后燕。
西晋末年，鲜卑慕容部首领慕容廆〔wei萎〕据有今大凌河流域。其子慕容皝〔huang 晃〕继续扩张，占有辽东半岛，向西推进到滦河流域。337年(东晋咸康三年)，慕容皝称燕王，都于昌黎郡(今辽宁义县)，后迁都龙城(今辽宁朝阳市)，史称前燕。石虎死后，前燕进军黄河流域，灭冉魏，迁都蓟城(今北京市)，不久又迁至邺。前燕的最大疆域东至辽东半岛，北至今桑干河、燕山、内蒙古赤峰市一带，南至淮河，西至今山西北部和沁水流域以东。370年(晋太和五年)灭于前秦。
384年前秦将吕光(氐人)征服西域后回师凉州，386年在姑臧称凉州牧、酒泉公，史称后凉。后凉的疆域包括前秦自河西走廊以西至整个西域地区。自397年开始，南凉、北凉和西凉先后在境内建立，后凉的控制区越来越小。403年(晋元兴二年)，受南凉和北凉攻击，后凉主无法自存，降于后秦，后凉亡。
在此期间的割据政权并不止这16个，例如氐族首领杨氏曾占有仇池一带(今甘肃西和、徽县、文县间地)，丁零首领翟氏曾以滑台、黎阳(今河南浚县东北)为据点称魏王，北魏的前身代政权也早在西晋末就已存在，但传统上都未列入十六国。
350年，石闵恢复本姓冉，自立为帝，改国号为魏。后赵的石祇也在襄国称帝，次年被杀，后赵亡。当时后赵境内大乱，各地纷纷自立，冉魏实际控制的区域有限。352年，冉闵在廉台(今河北无极县境)被前燕击败俘获，不久被杀，冉魏亡。
石虎死后，原被强制迁至关东的氐人在苻洪率领下起兵攻回关中。350年(晋永和六年)，其子苻健进入关中，占据长安。次年自称天王，国号大秦，史称前秦。前秦初期范围很小，晋桓温北伐一度逼近长安。357年(晋升平元年)苻坚即位后平定关中，又先后灭前凉、前燕和代，并在373年(晋宁康元年)夺取了晋梁、益二州，占领了四川盆地。382年(晋太元七年)，苻坚遣吕光进军西域，两年后，吕光控制了东汉西域都护府的全部辖境，在龟兹〔qiuci丘磁〕(今新疆库车)设置了西域校尉。到383年淝水之战前，前秦完全统一了北方，南至淮河、今四川万县以西长江一线，北至蒙古高原，西至今新疆吐鲁番盆地东部、祁连山、湟水流域、岷山、川西高原东部，东至辽东半岛，是十六国中疆域最广的一个。淝水之战败后前秦瓦解，后燕、后秦、西燕、西秦、后凉等政权纷纷自立，385年，苻坚撤离长安后被后秦俘杀。前秦残余势力在关中西部和陇东一带维持到394年，灭于后秦。
384年(晋太元九年)，羌人首领姚苌在渭北牧地起兵，自称万年秦王，史称后秦。386年姚苌进入长安后称帝，国号大秦。在灭前秦后，后秦的疆域大致有河套以南、今陕西秦岭以北、山西西南部、宁夏大部和甘肃天水以东部分。403年，南凉和北凉进攻后凉，后凉主投降后秦，但后凉的疆域不久即被诸凉瓜分，后秦仅夺取了西秦的部分领土。407年后，渭北高原以北被夏赫连勃勃所占，但后秦从后燕和东晋夺取了黄河以南今河南的大部。417年(晋义熙十三年)，东晋兵临长安，后秦主姚泓出城投降，后秦亡。
从东汉开始陆续迁入黄河流域的匈奴、鲜卑、羌、氐、羯、卢水胡、丁零等族，到西晋时已经有了不小的数量。在长期与汉族和各族的杂居中，经济文化水平都有了一定的提高，尤其是各族的统治者和上层人士，大多已具有相当强的政治、军事才干，适应了中原的生产和生活方式。这些民族的首领既要摆脱汉族统治者对他们的歧视和压迫，也要乘机夺取权力和财富，成为地区以至全国的主宰。西晋皇族和统治集团内部的火并给他们提供了最好的机会，于是十几个政权先后在黄河流域、辽河流域和四川盆地建立起来，又匆匆地在其他政权的吞并中消失。
早在晋永康二年(公元301年)，张轨眼看天下将乱，求得凉州刺史一职，据有河西。西晋亡后，张氏仍世代据有凉州，317年起史称前凉。前凉都姑臧(今甘肃武威市)，其疆域以河西走廊为主，东起黄河，西至玉门关(今甘肃西界)，南起祁连山，北至居延泽(在今内蒙古额济纳旗)。前凉后期还控制了西域，设置了西域长史。376年(东晋太元元年)灭于前秦。
