Etter Handynastiets undergang ble Lanzhou hovedstad for en rekke etterfølgerstater. På 300-tallet var byen hovedstad for den uavhengige staten det tidlige Liang. Det nordlige Wei-dynasti (386–534) gjenopprettet prefekturet Jincheng under navnet . Under Suidynastiet (581–618) ble byen først hovedstad for prefekturet , og fortsatte som det under Tangdynastiet (618–907). I 763 ble området erobret av Tibet, men ble gjenerobret av Tang i 843. Senere kom det under tangutene, til det i 1041 ble gjenerobret av det kinesiske Songdynastiet (960–1126). Bynavnet ble atter endret til Lanzhou og prefekturet fikk hete Lanzhuan. Mellom det 5. og det 11. århundre ble regionen til et sentrum for buddhismen. I 1127 tilfalt det Jindynastiet (1125–1234) og fra 1235 mongolene. Under Mingdynastiet (1368–1644) ble prefekturets status nedgradert til region og understilt prefekturet Lintao. I 1477 ble det igjen eget prefektur. Siden 1656 (under Qing-dynastiet) har byen beholdt navnet Lanzhou. I 1666 ble Lanzhou hovedstad for den nyopprettede provinsen Gansu.