战国时期，铁制工具在生产中广泛得到使用，这些铁工具取代了过去的木、石和青铜器，对社会生产力的发展起了巨大的推进作用。我省辉县、新郑、郑州等地的治铁遗址中出土的大量铁制农具中，已经有了犁头、働之类的农具以及斧、锛、凿等手工工具，这就为大规模开垦农田、兴修水利、改进耕作技术提供了条件。正是在这个基础上，西门約在漳河两岸兴修水利，为民造福。
鸿沟的开通也在这个时期。魏惠王在公元前年自荥阳北引黄河水，东流经中单、开封，折而南下经通许、太康，至准阳东南注入颖水，联接济、浪、汴、睢、颕等主要河道，形成了黄准平原上的水道交通网，对促进当时的经济、文化交流，起了巨大作用。战国时期文化学术空前发展，出现了“百家争鸣”的局面主要学派有儒家、墨家、道家、阴阳家等。墨子（宋国人）、庄子（今商丘人）、老子（今鹿邑人）、韩非（今新郑人）等就是河南省境内的著名学者。
秦朝在历史上只存在了十多年，是一个短命王朝。秦王朝繁重的福役和残酷的刑罚，迫使农民铤而走险，揭竿起义。公元前年7月，以阳城（今河南登封境内）人陈胜、阳夏（今河南太康县）人吴广为首的九百名成卒在大泽乡（今安徽宿县西南）举行了我国历史上第一次大规模的农民起义，在陈（今河南淮阳）建立“张楚”政权，推举陈胜为王，并分兵三路攻秦。但是单纯的农民起义，注定了他们不可能获得成功，起义仅坚持了半年之久就失败了，陈胜、吴广先后被杀，陈胜之墓在永城县芒砀山，供后人瞻仰凭吊。
项羽、刘邦终于推翻了暴秦，紧接着是持续四年之久的楚汉战争。刘邦和项羽曾在蒙阳、成皋一带长期对垒，至今荥阳广武山下，还有当年留下的断壁残垣，人们称之为“汉额二王城”。公元前年刘邦消灭了项羽，建立了汉朝，国都长安，史歌西汉。西汉时政治、经济中心虽不在河南，但河南在“文景之治”后也出现了一片繁荣景象。铁制农具已推广到中原以外的地区，马耕和牛耕已很普遍，代田法的出现和楼车的使用，提高了粮食产量。
手工业中治铁占有重要地位，在全国出现的治铁遗址中，以南阳、巩县的遗址规模最大，其中有矿坑、治铁工厂和从矿石开采到制出成品的全部生产设备，并且在现县发现了原煤和煤饼，这是我国最早用煤的遗存。水利事业也很发达，西汉时最重要的水利工程是治理黄河。文帝时黄河曾在酸枣（今河南延津）决口，武帝时又泛滥十几个郡，豫东大部地区成为水乡泽国。公元前年（元封二年），武帝发卒数万堵塞决口，他亲自视察，并命令“自将军以下皆负薪填决河”。经过这次治理，黄河被勒回故道，此后八十年未再泛滥成灾。
位于正阳、息县之间的鸿隙陂，也开凿于此时。商业也很繁荣。除了首都长安外，洛阳、邯郭、临淄、宛今南阳）、成都，当时称为五都，是百物芸萃之地，其中河南就占了两个。腰缠万贯的大商人也相继出现南阳孔氏“大鼓铸，规陂池”，富埒王侯；洛阳师史专搞贩运也发了横财。
西汉时期，河南出了几名著名的政治家，他们是贾谊、晁错、桑弘羊等。贾谊是洛阳人，他曾建议多建诸侯以分其势力，免得诸侯们尾大不掉，与中央分庭抗礼，晁错是颍川（今禹县）人，他曾给文帝建议削藩，以现固中央的权力；桑弘羊也是洛阳人，他在武帝时任治粟都尉，制订推行盐铁酒类的官营专卖，设立平准、均输机构控制全国商品，打击了富商大贾，增加了西汉政府的财政收入。
西汉末年，外成王莽权后，改国号为“新”，并托古改制，引起了一系列的社会混乱，终于导致了绿林、赤眉大起义。出身于西汉宗室的南阳大地主刘、刘秀兄弟也参加了起义。公元23年，绿林军与王莽的十多万军队大战于昆阳（今河南叶县）起义军大获全胜，成为历史上以少胜多的光辉范例。后来，刘秀虎在农民起义军的血泊里建立了王朝，定都洛阳，史称东汉。
个东汉时的农业生产水平高于西汉。明帝时王景、王吴疏黄河、汴渠，促进了中原地区农业的恢复和发展。汝南太守邓晨修复鸿隙陂，南阳太守杜诗治理陂池，大大便利了农田的灌溉。手工业也有所发展。温县出土的单孔层造泥范，是当时世界冶金史上最早、最先进的技术。杜诗在东汉初年任南阳太守时，推广水力鼓风用的水排，用力少，见功多，也是治铁史上的一项重大技术改革。
但是由于以光武帝为首的统治集团大肄拽括兼并土地，农民生活仍很痛苦。尤其在首都洛阳和光武帝的老家南阳，这种情况更为严重。门阀大族也在此时出现，他们把持着本地的政治经济大权，地方官员形同虚设。如南阳人宗资为汝南太守，委政于本郡的范滂；弘农（今灵宝）人成瑨为南阳太守，委政于本郡的岑晊。当时有一首歌谣说：“汝南太守＇范孟博（滂），南阳宗资主画诺；南阳“太守”岑公孝（晊），弘农成瑨但坐啸。”
品评人物的“清议”也在此时出现，他们激浊扬清，品评人物，在很大程度上操纵了與论。如汝南名土许劭、许靖兄弟，好议论乡党人物，被称为汝南月旦评。后来太学又成为清议的中心。太学生的领袖是襄城县人李膺和平县人陈番，当时人称之为“天下楷模李元礼く膺），不畏强御陈仲举（静）。”李膺惩治不法宦官，宦官则悬思桓帝拘系李膺，并遨捕“党人”二百多名，李获释后被禁锢终身，这就是历史上有名的“党锢”事件。
科技、文化在东汉时期也有很大发展。南阳人张衡既是杰出的科学家，也是有名的文学家。他发明了浑天仪，用来观测星宿，发明了地动仪，以测定地方位，别人称赞他“术数穷天地，制作侔造化”。医学家张仲景也是南阳人，他是中医学的奠基人，撰有《伤寒杂病论》一书，后人析为《伤寒论》和《金匮要略》二种，被后世称为“医圣”。古文经学家许慎是汝南召陵（今郎城）人，他编写的《说文解字》一书共收小篆及其它古文字个，逐字注释形体音义，是后代研究文字的必读书籍。
公元年（熹平四年）陈留（今杞县）人蔡邕，用隶书书写“五经”经文，镌刻在石碑上，立于洛阳太学门外，作为官定标准课本，供学生校对使用，后世称为“熹平石经”。佛教也于东汉时传入我国，洛阳白马寺是我国最古老的佛教寺院。东汉末年轰烈烈的黄巾起义，也波及到了河南，颍川（今禹县）的波才和南阳的张曼成都是农民起义军领袖。波澜壮阔的黄巾大起义，终于瓦解了东汉王朝。
东汉末年兵燹遍地，群雄并起，河南人民饱受了战祸之苦。曹操、袁绍等人进据洛阳周围讨伐董卓，董卓则挟持献帝西迁长安，并驱迫洛阳一带百姓随行。临行前火焚洛阳、使经营了许多年的古都荡为一片瓦砾。公元年（建安五年）曹操与袁绍大战于官渡（今中牟县），曹操采用各个击破和偷袭粮屯的战术打败了袁绍，为统一中原奠定了基础。针对当时农田荒芜，百姓換饿、军粮不继的状况，曹操采纳枣袛等人的建议，在许昌电田积谷，提高了粮食产量，稳定了北方的农业生产，从而有力地支授了统一战争。。“
赤壁之战后，三国鼎立的局面形成了。公元年（黄初元年）曹操之子曹丕在繁阳（今临颕县繁城镇）逼汉献帝让位，他自称皇帝，国号魏，都洛阳。明帝时魏国政治已很腐败，他在洛阳、许昌大兴徭役，修筑官殿，在荥阳广设猎场，猎场周广千余里，严重破坏了农业生产。公元年（正始十年）手握重兵的温县人司马懿，发动了一场政变，独掌了魏国权柄。公元年司马莺的孙子司马炎东施效，重演了一幕曹不代汉的“禅让”故事，建立了西晋王朝，仍定都于洛阳。
西晋君臣一开始就是荒淫腐朽的统治集团。晋武帝司马炎是开国之君，但比汉献帝还要昏庸，大臣们也骄奢淫逸，不以国事为重。太傅何曾（今太康人）生活奢侈，日食万钱，还说无下答处，其子何劭，日食两万钱。石崇与王恺在洛阳斗富，竞比奢侈。统治阶级内部的傾轧，导致了“八王之乱”，北方的少数民族便乘虚而入，蹂顾中原。匈奴贵族刘渊、刘曜，先后俘虏晋怀帝、晋帝，西晋灭亡，公元年晋元帝司马睿在建康（南京）建立起偏安于江左的东晋王朝。
这其间祖逖曾击楫长江，师北伐，并进军太丘（今永城）、谯城（亳县）、雍丘（今杞县）一带，收复了黄河以南的大部土地，但终因遭到統治阶级的排斥，优愤成疾，资治以及。桓温也曾三次北伐，第二次收复了洛阳，第三次进军至枋头（今波县境内），也因受到权贵们的掣肘而迄无成就，南北统一一直无法实现。