唐朝灭亡，中国又一次陷入分裂割据的格局，经历了五代十国、辽、宋、西夏、金近400年的区域性政权分立的局面。由于政治、军事和经济区位的重要性，使敕勒川地区自然成为各种势力角逐的目标。
　　唐朝末年经历黄巢起义后，唐王朝日落西山，群雄分立，形成了藩镇割据局面。历史上将后梁建立到北宋立国这一历史阶段称为“五代十国”（907年～960年）时期。这一阶段对敕勒川地区产生影响的主要是“五代”政权中的后晋（936年—947年）、后汉（947年—951年）和后周（951年—960年）政权，后晋和后汉的创建者是沙陀贵族石敬瑭和刘知远，后周的创始人为河北尧山人。三个政权在全盛时期势力范围均进入敕勒川地区。后晋一度将河套以东、呼和浩特以南地区纳入统治范围，后汉和后周的辖地大体在包头至达拉特、准格尔沿黄一线。这一时期生活在敕勒川的民族主要有达旦、沙陀、吐谷浑和党项民族。随后诞生的辽王朝揭开了敕勒川历史的新一页。
　　辽朝是由契丹民族建立的。按照“青牛白马”的传说，契丹人起源于西拉沐伦河、老哈河流域，最初的核心活动区域在今天的巴林左旗、巴林右旗和翁牛特旗一带，属于东胡系民族，使用语言与后来的蒙古族相近。在古代北方民族中，契丹民族是一个文化较为发达的民族，有自己的文字，早期信仰萨满教，建立政权后佛教成为重要信仰。“契丹”的称谓在南北朝时期已见于汉文史书，9世纪逐渐强大，907年，其首领耶律阿保机称“天皇帝”。916年，耶律阿保机登基称“大圣大明天皇帝”，国号“契丹”。918年定都临潢府（今内蒙古赤峰市巴林左旗）。随着契丹族的强大，其势力范围逐渐延伸到敕勒川区域，与盘踞于内蒙古西部的党项政权产生军事冲突。
　　党项族属于藏羌语族成员，属古代羌族的分支，但其最高统治集团似乎出身于鲜卑，因为他们自认为是“拓跋”的后裔。党项族早期生活在青藏高原，后受到吐蕃政权的压迫逐渐东移。安史之乱后，唐政府将庆州（在今甘肃）的拓跋朝光党项部迁至银州（今陕西榆林）以北和夏州（今陕西横山）以东地区（大体在今内蒙古鄂尔多斯东南区域），该地区在北朝时期是匈奴人赫连勃勃的“大夏”国旧地，这部分党项就是西夏皇族的前辈，当时被称为“平夏部”。9世纪末，党项部协助唐朝镇压黄巢农民起义有功，被赐皇家姓氏李，拓跋思恭受封定难节度使、夏国公，开始成为割据政权。1021年，辽封其为大夏国。1033年，升兴州（今宁夏银川市）为兴庆府，定为国都。公元1038年，李元昊称帝，国号称“大夏”。宋人因其在西方，称之为“西夏”。全盛时期的西夏东据黄河，西至玉门关，南临萧关，北抵大漠。虽然建国晚于辽，但党项人自9世纪以来已经成为今陕北、鄂尔多斯地区、贺兰山两麓的割据政权，当辽朝势力西扩时，敕勒川地区便成为双方争夺的前沿，兵刃相向在所难免。
　　辽与夏的冲突开始于9世纪末，耶律阿保机的先辈就曾在敕勒川地区与党项发生过激战，如《辽史?地理志》记载：耶律阿保机伯父述鲁曾“西伐党项、土（谷）浑”。耶律阿保机称帝后，双方的战争开始升级，据《辽史·太祖本纪》记载： 916年（神册元年）“秋七月，（耶律阿保机）亲征突厥、吐浑、党项、小蕃、沙陀诸部，皆平之。俘其酋长及其户万五千六百，铠甲、兵仗、器服九十余万，宝货、驼马、牛羊不可胜算。……十一月，攻蔚、新、妫、武、儒五州，斩首万四千七百余级。自代北至河曲，逾阴山，尽有其地。遂改武州为归化州，妫州为可汗州，置西南招讨司”。显然这是一次规模很大的战争，阴山两麓的各民族均被辽所征服，辽在这次军事冲突中占据了主导地位，史称“自代北至河曲逾阴山，契丹尽有其地”，战后在此设立了军事管理机构——西南招讨司。相关的史书还记载耶律阿保机为了纪念这次战争，曾“勒石记功于青冢南”（今呼和浩特昭君墓南）。920年，辽太祖耶律阿保机率军攻占天德军（内蒙古乌梁素海土城子），更其名为应天军。但随后应天军叛辽，耶律阿保机再度出兵，镇压了叛军。因辽朝深感经营后套地区压力较大，遂将其统治范围向东收缩，把丰州和天德军治所由后套迁至今呼和浩特附近（今郊区太平乡白塔村西南）。
　　辽代的呼和浩特成为敕勒川地区的政治、军事、经济和商贸中心。西南路招讨司属军事机构，是负责管理辽朝西南地区政治、军事、边防和各部族的最高权力机构，治所就设在丰州城，其管辖范围除现今呼和浩特地区外，还包括大青山和乌拉山以南、黄河及古长城以北的广大地区。关于天德军的历史沿革，《辽史》卷四十一《地理志》五记载：“天德军，本中受降城。唐开元中废横塞军，置天安军于大同川。乾元中改天德军，移永济栅，今治是也。太祖平党项，遂破天德，尽掠吏民以东。后置招讨司，渐成井邑，乃以国族为天德军节度使。有黄河、黑山峪、庐城、威塞军、秦长城、唐长城。又有牟那山，钳耳觜在其北”。可见，辽代天德军（后称应天军，不久又恢复旧名）从名称到功能均沿袭了唐朝的制度。
　　“丰州”属地方政府，下辖富民、振武两县。振武县管辖范围大体是今天的和林格尔县区域，富民县在今呼和浩特市赛罕区东部。今察哈尔右翼中旗、察哈尔右翼后旗、武川县也在丰州的管辖范围之内。辽代的丰州城周边经济发展较快，遍布村落。富民县人口近万，既有从事畜牧业的人，还有从事农业、手工业者，贸易发达。
　　辽代的敕勒川地区在行政区划上归属西京道，治所设于大同府（今山西大同），今巴彦淖尔市东部、包头市、鄂尔多斯市东部（沿黄河地区）、呼和浩特市和乌兰察布市均在其管辖范围之内。行政设置除上述丰州之外，还有云内州（治所设在今托克托县古城村），下辖柔服、宁人两县，大致管辖今土默特左旗、包头地区；东胜州（治所设在今托克托县城圐圙）下辖榆林、河滨二县，管理今东胜区、达拉特、准格尔、清水河和托克托县地区；德州（治所设在今凉城县岱海附近）下设宣德县，管辖今卓资县、凉城县。
　　辽与西夏的关系，辽在军事上处于上风，尽管双边交往的主动权基本掌握在辽朝一方，但也不具备鲸吞西夏的实力。党项部和西夏政权也曾经不甘受压，多次试图抗争，如983年党项各部数次侵辽边，均被西南面招讨使韩德威、速撒等率部击败。但天德军第一任节度使颓刺在与党项作战时与其子战死；1044年，辽管辖下的党项部落叛。辽附西夏，辽发10万大军西征，西夏主李元昊亲率党项三部来到河曲（托克托县至旗境黄河拐弯处）伏罪。纵观这一时期的历史，辽宋西夏三方为了使自身利益最大化，始终采取“纵横之术”，通过制约第三方实现自身的目的。辽朝为了获得宋朝在澶渊之盟后每年交付的“助军旅之费”（亦称“岁币”，每年银10万两，绢20万匹，后来又有增加），同时防止西夏强大，需要抑制西夏势力扩张。另一方面，辽也需要利用西夏占据的丝绸之路商业通道，双方有必要保持经济往来关系。而西夏作为一个小国，其统治者在与辽宋（包括后来的金宋）三方复杂的关系中，采取了灵活多变的手段，对辽朝采取整体上妥协、局部抵抗的策略；对宋朝则采取整体上强硬、局部妥协的手段，因而该割据政权得以维系346年（1227年被大蒙古国灭亡）。今河套地区—今包头、东胜以西巴彦淖尔市的五原、临河，乌拉特后旗、乌拉特前旗、鄂尔多斯市的杭锦旗和准格尔旗部分地区均属西夏统治，设黑山威福军司加以管辖。
　　北宋对敕勒川地区的影响十分微弱，管辖地区仅限于今准格尔旗南部，设丰州防御使管理，但这里不是辽宋冲突的主战场。由于清代大量中原农民进入敕勒川地区，一些历史记忆也随之被带入，如传奇故事《杨家将》中的一些人物杨六郎、萧太后、焦赞等在民间广为流传，并被附会于敕勒川某些自然或人文载体，如呼和浩特北郊一土丘被命名为“焦赞坟”（真正的焦赞墓在河北省雄县）、呼和浩特东北大青山蟠龙谷中的“杨六郎箭”（有人考证实为蒙古族“苏鲁德”遗物）。
　　12世纪初，女真民族日渐强盛。1115年，完颜阿骨打在会宁府（今黑龙江省哈尔滨市南阿城区）称帝，建国号为金。1125年灭辽，次年推翻北宋王朝。1153年迁都燕京，改燕京之名为中都大兴府。1234年被大蒙古国灭亡。金国是当时统治中国东北、华北地区的一个强大政权，其全盛时代的统治范围东北到日本海、黑龙江流域一带；西北到河套地区，西边接壤西夏，南边以秦岭到淮河一线与南宋交界。 
　　金朝灭辽的最后战争是在敕勒川地区结束的。1122年在金兵的攻势下，辽天祚帝出南京（今北京）向西逃亡，受金兵追击，率五千骑兵逃奔丰州。试图以敕勒川地区作为基地与金朝周旋，曾多次经过丰州、天德军，其路线大致从今大同市经呼和浩特过渔阳岭（今大青山蜈蚣坝区域）然后进入夹山（今土默特左旗毕克齐北水磨沟。另有人认为位于阴山西段，今包头市北部）。金辽双方在此一度形成拉锯态势，1122年4月，西南招讨使耶律佛顶降金，云内、东胜等州皆降；同年6月，西夏国王派兵援助辽主，驻扎“天德”之境，被金兵所败。
　　1123年4月爆发“青冢（今呼和浩特昭君墓）之战”，金兵围天祚帝辎重于青冢寨，辽军败，辽帝之子秦王、许王和诸妃、公主及从臣皆被金兵俘获，俘获车辆万余乘、辽主宫帐及传国玉玺。1124年7月，辽天祚帝率军出夹山，下渔阳岭，收复了天德军、东胜、云内、宁边等州。继续进军南下，遇金兵，战于奄遏下水（今凉城岱海），再次败溃。此时的辽天祚帝孤立无援，失败已成定局，1125年，天祚帝在山西应县被俘，辽王朝宣告灭亡。
　　辽代在敕勒川地区遗留下来的最典型遗物，就是呼和浩特东郊的万部华严经塔（民间俗称白塔），该塔建于辽圣宗时期（983年—1031年。一说建于辽中晚期），是当时丰州城大明寺（一说宣教寺）的藏经塔。该塔建成后，成为辽金元明清五代该地区的地标性建筑，元初名臣刘秉忠在“过丰州城”诗中，留下了“山边弥弥水西流，夹路离离禾黍稠。出塞入塞动千里，去年今年经两秋。晴空高显寺中塔，晓日平明城上楼。车马喧阗尘不到，吟鞭斜袅过丰州”赞美诗句。清代以“白塔耸光”胜景列入绥远八景之一。1982年，被国务院确定为全国重点文物保护单位。
　　在辽金纷争期间，金朝为了集中力量灭辽，对宋朝和西夏曾采取绥靖政策。据《金史?西夏传》记载：1124年，“初，以山西九州与宋人，而天德远在一隅，缓急不可及，割以与夏”，允诺将敕勒川地区割让西夏，将山西九州割让宋朝。灭辽之后，为了减缓来自西夏的军事压力，再次向西夏承诺割让敕勒川地区。《宋史?西夏传》记载：“金灭辽，粘罕遣撒拇使夏国，许割天德、云内、金肃、河清四军及武州等八馆之地，约攻麟州，以牵河东之势”。然而，当1125年西夏按约进驻上述地区时，金人兀室以数万铁骑，“阳为狩猎，掩至天德军”，驱逐西夏人退回辽之旧界。此后，金朝完全接管了辽朝所控制的敕勒川区域。
　　金朝为了防止敕勒川地区军队长期驻扎形成不稳定因素，1123年，将原驻守丰州的天德军调往韩州（今辽宁四平附近），1129年，又从东北迁徙库莫奚族（东胡民族的一支，又被称为奚人，以善于造车闻名于时，史书中有“契丹之车皆资于奚”的说法）第一和第三部落到云内州守戍，敕勒川地区的民族成分进一步多样化。
　　金朝在敕勒川地区基本承袭了辽代的行政建制，只是部分名称有所改变。1150年，金王朝改原辽西京道为西京路都总管府。辖二府、七节度使州、八刺史州。其中丰州（治所在今呼和浩特市东郊白塔村西南，下辖富民县、振武镇。管理今和林格尔县、呼和浩特市区、武川县等地）、云内州（治所在今托克托县古城乡东北5公里古城，下辖柔服、云川二县和宁仁镇。管理今土默特左旗、包头市东部及达尔罕茂明安联合旗南部地区）、东胜州（治所在今托克托县城关镇大皇城，下辖东胜县和宁化镇。管理今托克托县、土默特左旗部分地区）、净州支郡（隶属丰州。治所设在天山，今四子王旗西北城卜子村。辖境相当今四子王旗附近一带）、宁边州（今清水河县）等位于敕勒川地区。
　　金朝时期的丰州仍然是敕勒川地区的政治、经济、军事中心，在金代边境三十八州中，属十一要州之一。管辖区域很大，北起今四子王旗、南至和林格尔南端，下设富民县、振武镇和支郡净州。军事上仍设天德军。1149年，天德军节度使升为天德总管府，同时设西南路招讨司，治所仍设在丰州。丰州的“榷场”，是辐射面很大的区域性商贸交易场所。较之辽朝，丰州的人口大幅增加，有22683户，人口136098。