隋代消除割据势力,云南重新置于中央政府的直接统治之下,唐初继之,基本上恢复了汉晋时期的郡县规模。公元707年,唐朝击败南侵洱海的吐蕃扩张势力,立铁柱以纪功,公元738年扶植南诏统一了洱海地区,册封波罗阁为“云南王”,云南和祖国团结统一的总趋势进一步向前发展。南诏时期的疆域东接贵州,西抵伊洛瓦底江,南达西双版纳,北接大渡河;东南界今越南,西南界今缅甸;西北与吐蕃为邻,东北与戎州(今宜宾)相望的广阔疆域。南诏内修制度,筑拓东城(今昆明),建崇圣寺三塔,发展经济,文化上积极学习先进的汉族文化,云南范围内各地区、各民族间的经济文化联系空前加强。公元897年郑买嗣杀南诏王建“大长和” 。927年杨干贞建“大义宁”。公元937年,段思平联络三十七部灭大义宁国,建立“大理国”政权。大理国政权基本上承袭了南诏以来的疆界,行政区划设有八府、四郡、三十七部,实行封建农奴制专政。大理国政权在云南的统治基本与中原的宋朝相始终。大理王向宋朝称臣纳贡,其首领先后被宋朝封为“云南八国郡王”、 “大理王”等,并成为南宋王朝抵御蒙古贵族西部战线的助手。大理国政权始终保持着对宋王朝的臣属关系。所谓“宋挥玉斧”弃云南于不顾的说法,并不符合历史事实。
公元1253年,忽必烈率大军乘革囊渡金沙入云南,灭大理国,1260年,设“大理国总管”。1274年,忽必烈选派富有才干的回回人赛典赤,来云南建立云南行省,任赛典赤为“云南行中书省平章政事”(相当于今省长),治中庆(今昆明)。云南行省下置路、府、州、县,由行中书省直接委任官吏管理。云南行省的建立,使云南完全纳入了元朝的统一治理范围,开拓了云南历史的新局面。从此,“云南”一名便正式作为行省一级的机构出现在历史上。赛典赤在云南建“民屯”,修水利,兴儒学,改善民族关系,云南政治稳定,经济发展,农牧业逐步由粗放经营向精耕细作转变,以银、铜为主的矿冶业成长为重要的支柱产业,云南银课、铜课居全国首位,占全国课税额的一半以上,昆明成了《马可.波罗行记》中所描叙的“工商甚众”的大城,民间主要以贝为币,商品交换有了进一步的发展,但是此后元朝又封也先贴木儿为云南王,1290年封皇孙甘麻剌为梁王,云南王镇大理,梁王管辖全省,云南实际上存着行省与诸王府两套政权,大理段氏又乘机割据滇西,行省已形同虚设。加之各地农奴主、奴隶主乘机叛乱,给人民的生产生活带来巨大损失。1363年红巾农民起义军在云南各族人民的支持下,一度由四川进入云南,打击了元朝封建主在云南的统治。
明朝建立后,朱元璋于1381年派傅友德、蓝玉、沐英率大军西进平定云南,1382年建立了云南布政使司(相当于省政府)和都指挥司(相当于省军区),云南内地设府、州、县,实行以流官为主的统治,在边远地区则建立宣慰司、宣抚司、安抚司、长官司、“御夷”府州等,全由土司管辖。明朝大量内地汉族人口入滇,经济迅速发展,白银产量达全国的一半以上,永乐二十一年(1423年)所铸的24000斤重的大洪钟则是体现了这时铜矿业发展的水平。随着商品交换的发展,云南使用的货币也开始废贝行钱,全国通行的白银、铜钱开始取代贝币在云南流通。明末农民起义军在孙可望的率领下进入云南,立永历帝,开展抗清斗争。1658年12月,清军三路入滇,南明最后一个王朝覆灭。