在这一阶段，中原王朝会进行战略收缩，控制辽宁各地，从而拱卫整个华北一线的安全。在唐宋统治时期，沈阳被称为沈州，属于抗击北方游牧骑兵的第一线。当然，在宋朝统治时期，不要说辽东各地，连燕云十六州也称为了宋朝的“镜中花、水中月。”在元朝之前，历代中原王朝都采用了州县两级区划格局，并没有出现省级区划。
1279年，北方的元朝逐步统一全国以后，疆域面积空前庞大。依靠唐宋两朝的州县两级区划，根据无法有效管理各个地区。在这样的情况下，元朝借鉴了金国行尚书台的经验，设立了行省制度，把全国划分为10个行省，例如辽阳行省、河南江北行省、湖广行省等等。当时，辽阳行省基本上管理了东北各地。正是在元朝统治时期，沈州更名为沈阳。
1368年，明朝建立以后，进行了大规模的北伐，元朝势力败退北方草原。在此之后，出现了明朝与蒙古各部对峙、拉锯的局面。为了抵御北方游牧骑兵南下，明朝从东北到西北，组建了著名的九边重镇，例如大同镇、太原镇、辽东镇等等。辽阳是明朝在辽东地区最大的城市，至于沈阳，被称为沈阳中卫，属于明朝在辽东地区重要的军事要塞之一，驻扎了大量的精锐。
明朝万历皇帝在位的后期，后金政权在东北迅速崛起。在萨尔浒大战、大凌河大战、浑河大战中，明朝军队一败再败。后金政权控制了东北大片地区，开始与明朝分庭抗礼。后金政权攻占沈阳以后，1625年，沈阳城成为了后金政权的都城。随着后金政权实力的增强，一系列的调整开始了。1634年，皇太极把沈阳改为了盛京，寓意自己和明朝崇祯皇帝是对等关系。
1636年，皇太极称帝，把后金改为了大清。1644年，清朝入关以后，在摄政王多尔衮的极力推进下，清朝顺治皇帝迁都北京，也就是顺天府。至于盛京，成为了陪都。类似于明朝统治时期，南京应天府和北京顺天府的格局。在清朝入关的初期，沈阳仍然被称之为盛京。1657年，此时的清朝，已经逐步消灭了各地的农民起义军和南明势力，基本上确立了自己的统治。
在根基稳固的情况下，清朝开始了正规化建设。清朝把盛京更名为奉天府，仍然是清朝的陪都。清朝在内陆地形，沿用了行省区划，并且进一步完善，形成了18个省。由于各方面的原因，清朝并没有设立行省区划和各级地方官员，而是设立了三个辖地将军，分别是：盛京将军、吉林将军、黑龙江将军，这就是东北三省的雏形。
其中，盛京将军驻扎在奉天府。仅仅依靠3位辖地将军和3万多军队，根本无法深入管理东北各地。在清朝统治的前期，这些问题还并不明显。进入清朝统治的后期，西方列强对清朝发动了一系列的战争，清朝一败再败。东北地区资源丰富，战略地位非常重要，西方列强纷纷染指东北地区。尤其是沙俄和日本，为了控制东北地区，爆发了日俄战争。
为了加强对东北地区的管理，清朝想了一系列的办法。第一，鼓励移民。第二，设立州县区划。第三，设立省级区划。清朝曾经把东北地区视为龙兴之地，严禁中原百姓进入。为了增加东北地区的人口，清朝开放了原来的封禁政策。中原各省的百姓，开始大规模进入东北地区，出现了著名的人口迁徙，被称之为“闯关东。”
