随后，刘备大军“水打涪城，兵屯五层”，夺取益州并建立了蜀汉政权。246年，蜀汉大司马蒋琬病逝于涪县，葬于西山，蜀汉再无治国能臣。邓艾偷渡阴平攻下江油关后，蜀汉门户大开。驸马诸葛瞻（诸葛亮嗣子）为国携子战死于绵阳之后，再无险可守的蜀汉政权注定了灭亡。从西晋到南北朝的三百多年间，绵阳先后经历了西晋、成汉、东晋、前秦、刘宋、南齐、梁、北魏、西魏、北周等10个朝代和国家的统治，市境内先后设置过潼州、新州、龙州等3州，梓潼、巴西、巴西梓潼、潼川、北阴平、阴平、新巴、江油、新城、始平、西宕渠、北宕渠、高渠等13郡，