春秋及战国之初,仍为义渠戎国。
秦厉公时,始伐义渠,后秦宣太后诱杀义渠王于甘泉宫,置义渠县。秦始皇统一六国后,分全国三十六郡,环属北地郡。
西汉时,又分全国为十三刺史部,环属朔方刺史部北地郡,时北地郡郡治在马领(即今马岭镇),领县十九,环县属方渠县,治所在今合道川口环江与之交汇之处,约曲子镇西北之张旗一带。后汉之时,属凉州刺史部之北地郡。
三国、西晋之时,没入羌胡地,正史无载,缺乏资料可考;
东晋十六国时,先属前赵,再属前秦、后秦,后属赫连勃勃之夏国陇东郡;北朝时,为北魏豳州地,后属西魏朔州(治地在今庆阳市庆城县),北周时属宁州西北地郡(治地今庆城县)。
隋朝,改西魏之朔州置弘化郡,领县七,环属弘德(今洪德)县。
唐时,改隋弘化郡为庆州,属关内道,置庆州中都督府。天宝时,领县十,环属庆州方渠县。
五代晋天福四年(939年),五月,改方渠镇升为威州(时方渠属灵州),隶灵武,并割木波、马岭二镇属之。周广顺二年(952年),因避太祖郭威讳,改威州为环州。这便是环县作为“环州”的最早记载。周世宗显德四年(957年)九月,降为通远军。
北宋淳化五年(994年)复为环州,领县一,通远(即环县)。属环庆路经略、安抚使、庆阳府。
金时属庆原路之环州,领县一,即通远。
元代属巩昌总帅府,仍为环州,领通远一县,至元七年县并入州。
明隶陕西行省庆阳府,为环县。
清因之,仍属庆阳府环县。康熙八年(1669年),置甘肃省,环县始从陕西省改归甘肃,县治自元明以来,均在县城。