新地皇四年（公元23年）绿林军进入长安，新莽王朝在延烧三日的未央宫大火中覆灭了，营建了200多年之久的长安城因战火也遭到严重破坏。两年后赤眉军也进入长安。不久，这两支义军又互相火迸。东汉光武帝建武二年（公元26年）关中遭大饥荒，赤眉引军东归时，“焚烧长安宫室、市里，宗庙、园陵皆发掘，唯霸陵、杜陵完”（《汉书•王莽传》），长安城又遭到一次严重的破坏。接着，关中地区又有十几个武装集团各据地盘，互相攻战。直到一年后被东汉将军冯异先后击破，局势才渐渐平定下来。
    东汉建国时长安已经残破不堪，加上形势变迁，只好定都洛阳，但仍以长安为西京，并保留京兆的建置。公元25—220年，东汉历代皇帝都要到长安来晋谒高庙和陵园。东汉王朝的创始人光武帝刘秀从建武六年（公元30年）到中元元年（公元56年）的26年中就曾八次来到长安，并于建武十九年（公元43年）营建大驾宫、六王邸（dǐ）、高车厩(jiù)，修葺西京宫室。安帝永初四年（公元110年）更置京兆虎牙都尉于长安、扶风都尉于雍（今凤翔），以卫陵园，护三辅。尽管这样，长安的许多宫室建筑再也没有能够恢复旧观。
    献帝中平元年（公元184年）爆发的黄巾大起义使东汉王朝名存实亡。到东汉末年，长安城再次遭到破坏。初平元年（公元190年）董卓挟持献帝刘协迁都长安，以原京兆尹府衙为帝宫。销毁铜人等秦汉宫廷彝器和从长安、洛阳搜集来的五铢钱，铸小钱，使传世410多年的珍贵文物毁于一旦，造成钱贱物贵、谷每石价至数万钱的严重局面。两年后，司徒王允与吕布合谋杀死董卓，董卓的旧部李傕等人又攻入长安，杀死王允，赶走吕布。兴平二年（公元195年）献帝东归洛阳，关中诸将又互相攻杀，历时4年之久。战火纷飞，死尸遍地；“盗贼不禁，白日虏掠”；“人相食啖，臭秽满路”；乃至“长安城空四十余日，强者四散，羸者相食；二三年间，关中无复人迹”。长安城就这样在长期动乱中衰落了。
    献帝建安十六年（公元211年），挟天子以令诸侯的曹操西击汉中张鲁，在潼关大破西凉马超，占据关中，留大将夏侯渊屯驻长安。7年后又西击刘备，亲至长安。三国时期，从魏文帝黄初元年（公元220年）曹丕称帝到魏元帝景元四年（公元263年）刘禅出降的43年间，横穿秦岭的子午谷（今长安县南）、骆谷（周至西南）、斜谷（眉县西南）直到最西端的大散关（宝鸡西南），都是蜀汉与曹魏大军进出的要道。
    西晋惠帝元康元年（公元291年），皇族之间为争夺帝位爆发了长达16年之久的“八王之乱”。其间，河间王司马颙退兵长安，惠帝司马衷也一度被其部下挟持来长安，两年后又被东海王司马越部下劫回洛阳。战火延烧到关中，长安城已是一片凄凉，再也无法恢复元气了。