变革，不仅改谷远为沁源，还设置了义宁郡，义宁郡下辖团城、义宁、安泽、沁源等县，这一时期的沁源在区域政治格局中开始崭露头角。此后，北齐、北周时期，沁源的行政区划沿用未改。
隋唐至宋元时期，沁源的归属和行政区划多次变动。隋开皇三年（583年），废除义宁郡，只保留沁源县；开皇十六年（596年），沁源升县为沁州，并设置义宁县，州治位于沁源县城南。隋炀帝大业元年（605年），又废除沁州，恢复为沁源县，归属上党郡。隋恭帝义宁元年（617年），再次升为义宁郡，还析置了和川县，属义宁郡。唐朝建立后，唐高祖武德初年，恢复沁州治所，同年在沁源西部还分设了招远县，但沁州在三年后被废除，招远县仍归沁源县。唐玄宗天宝元年（742年），沁州改名为阳城郡，下辖沁源、和川、绵上；唐肃宗乾元元年（758年），又恢复为沁州，治所依旧在沁源县。五代时期，沁源先后属晋、属汉。宋朝太平兴国三年（978年），宋太宗在铜鞮建立威胜军，废除沁州，沁源归属威胜军。金朝天会六年（1128年），威胜军升为沁州，沁源属沁州；金元光二年（1223年），沁源县升为谷州，但后来又被废除，恢复为沁源县，仍属沁州。元朝时期，沁源属沁州，并且在现今县城紫金山之半修筑了城池，这一城池的修建在沁源的城市发展史上具有重要意义。
明清时期，沁源的归属相对稳定。明洪武二年（1369年），在现今县城内承宣街修建县署，沁源仍属沁州，州治位于今沁县城。万历二十四年（1596年），沁源改属汾州，万历三十二年（1604年），又恢复属沁州，一直延续到清朝都没有变化。
中华民国时期，沁源的行政区划也经历了多次调整。民国元年（1912年），废除府州，沁源直属冀宁道；民国十九年（1930年），废除道制，沁源直隶于山西省政府。民国二十七年（1938年），国共联合抗日时期，沁源属第三行政专员督察公署；次年，沁源成为抗日根据地，属太岳行署和岳北专署。民国三十年（1941年），为了便于开展对敌斗争，沁源县分置为绵上、沁源两县，沁源县政府驻城关镇。1942年，日军据守沁源县城及周边11个据点，企图分割太岳抗日根据地，沁源军民在党的领导下，展开了长达两年半的围困斗争，共歼灭日伪军4000余人，创造了群众性长期围困战的范例，为抗战胜利作出了重要贡献。民国三十四年（1945年），沁源、绵上两县合并为沁源县，县政府驻郭道镇，太岳区的岳北专署驻沁源城