東漢,永初二年(108年),析廣漢郡北部地域設廣漢屬國,治地在今甘肅省文縣,剛氐道改隸廣漢屬國。獻帝建安二十年(215年),改廣漢屬國為陰平郡,剛氐道改隸陰平郡。獻帝建安二十四年(219年),劉備軍事集團為防備曹操軍事集團越摩天嶺南下,在剛氐道境內設置了軍事要塞江由戍,後習稱江油關,關址在今縣城東南50公裏處的南壩鎮老街。
三國,蜀漢後主建興七年(229年),蜀漢政權在剛氐道境內南部分置廣武縣,同時改剛氐道為剛氐縣,治地未變,兩縣皆隸陰平郡。魏元帝景元四年(蜀漢炎興元年,263年)十月,曹魏征西大將軍鄧艾兵出陰平邪徑,突襲江由戍,蜀漢守將馬邈不戰而降。魏軍由此長驅直入,攻陷成都,蜀漢滅亡,廣武、剛氐二縣歸於曹魏。魏元帝鹹熙二年(265年),司馬炎代魏,建立西晉,廣武、剛氐二縣歸於西晉。
西晉,武帝太康元年(280年),東吳滅亡,天下歸晉,乃更廣武縣名為平武縣,此為縣境內第壹次以“平武”為名建縣。“平武”之名,系取“陰平”之“平”與“廣武”之“武”組合而成,乃“天下從此太平,永遠休兵罷武”之意。晉懷帝永嘉三年(309年),巴氐李雄建大成國,史稱成漢,平武、剛氐二縣歸於成漢。
東晉,穆帝永和三年(347年),桓溫伐蜀,成漢滅亡,平武、剛氐二縣入於東晉版圖。是年,省剛氐縣入平武縣,仍治今平武縣南壩鎮,上隸陰平郡,郡治今江油市小溪壩鎮。
南北朝,南朝宋、齊兩代,平武縣建置未變,隸北陰平郡。其時,北陰平郡與所轄陰平縣同於治今江油市小溪壩鎮。
西魏,廢帝二年(553年),西魏趁南梁內亂,遣大將軍尉遲炯伐蜀,蜀地盡入西魏版圖。西魏占領蜀地後,復置龍州,並將其治地由陰平(今江油市小溪壩鎮)遷徙到江油關(今平武縣南壩鎮)。
隋朝,開皇三年(583年),撤銷江油、靜龍、馬盤、建陽四郡,江油、平武、陰平、馬盤、秦興五縣直隸於龍州。開皇十三年(598年),改秦興縣為方維縣。大業三年(607年),改龍州為平武郡,仍治今平武縣南壩鎮。時陰平縣改隸普安郡,平武郡領江油、平武、馬盤、方維四縣。
唐朝,武德元年(618年),改平武郡為龍門郡,其年又加壹西字,稱西龍門郡,仍領江油、平武、馬盤、方維四縣。武德四年(621年),撥出方維縣,郡領江油、平武、馬盤三縣。貞觀元年(627年),改西龍門郡為龍州,又稱龍門州,屬羈糜州,歸茂州管轄,至武則天垂拱年間(685~688年)始為正州。貞觀八年(634年),省平武縣入江油縣,州領江油、馬盤二縣。天寶元年(742年),改龍州為江油郡,改馬盤縣為清川縣,郡領江油、清川二縣。至德二年(757年),賜江油郡為靈應郡,並置龍州都督府。《李龍遷祠記》碑載,至德二年十月二十八日詔曰:“江油古邑,地帶靈山。自梁迄唐,屢蒙顯貺。眷茲龍境,禮合褒崇。可升龍州為都督府,賜號靈應郡。”“靈山”即南壩鎮之牛心山。乾元元年(758年),復改靈應郡為龍州,仍領江油、清川二縣。
五代,前蜀、後蜀政權承唐舊制,龍州及江油、清川二縣建置、治地均無變化。
北宋,仍置龍州,領江油、清川二縣。宋徽宗政和五年(1115年),改龍州為政州。南宋高宗紹興元年(1135年),復改政州為龍州,仍領江油、清川二縣。宋理宗寶慶三年(1226年),南宋朝廷設龍州三寨長官司,授予龍州判官王行儉世襲長官司之職,龍州土司正式產生。王行儉成為境內王姓土司始祖。宋理宗端平三年(1236年),州境內發生兵亂,清川縣廢。理宗寶祐六年(1258年),龍州與江油縣徙治於雍村(今江油市大康鎮)。此後直至明初的130年間,今平武縣境內無縣級以上政區建置,為龍州江油縣及龍州三寨長官司轄地。宋度宗鹹淳元年(1265年),南宋朝廷授予龍州知州薛嚴世襲土知州之職,龍州全境皆成為土司領地。薛嚴成為境內薛姓土司始祖。
元朝,世祖至元十三年(1276年),龍州土司歸附元朝,今平武縣境仍為龍州江油縣及龍州三寨長官司轄地。至元二十二年(1285年),省江油縣入龍州,今平武縣境為龍州及龍州三寨長官司管地轄地。元順帝至正元年(1341年),升龍州為龍州宣慰司。順帝至正十壹年(1351年),又升為龍州元帥府,並將龍州三寨長官司納入其中,今平武縣境為龍州轄地。至正二十壹年(1361年),復改龍州元帥府為龍州宣慰司。元順帝至正二十二年(1362年),明玉珍建立的大夏割據政權占據龍州,次年,仍置龍州宣慰司,並復置江油縣,州、縣同治興教鎮(今江油市武都鎮)。今平武縣境為龍州江油縣轄地。大夏開熙元年(元至正二十七年,1367年),改授龍州等處軍民宣撫司。
明朝,太祖洪武二年(1369年),今平武縣境為龍州江油縣與青川守禦千戶所轄地。明神宗萬歷十八年(1590年),新設寧武縣附郭,與龍安府同治今平武縣城龍安鎮。萬歷十九年(1591年),改寧武縣為平武縣。此為縣境內第三次以“平武”為名建縣。此後,縣名及治地至2009年底未變。
清朝,順治六年(1649年),清軍攻占龍安府,各土司亦相繼歸順清朝。清政府仍設龍安府,下轄平武、江油、石泉三縣,黃羊關土長官司、陽地隘土通判、龍溪堡土知事三土司和青川守禦千戶所。順治十年(1653年),省江油縣入平武縣。順治十六年(1659年),裁青川守禦千戶所並入平武縣。康熙元年(1662年),復設江油縣隸龍安府,仍治今江油市武都鎮。雍正七年(1729年),撥松潘衛隸龍安府。雍正九年(1731年),撥彰明縣隸龍安府,改松潘衛為松潘廳。同年,平武縣設縣丞署於青川(今青川縣青溪鎮),分管原青川守禦千戶所轄地。乾隆二十五年(1760年),松潘廳由散廳升為直隸廳,脫離龍安府管轄範圍。嘉慶七年(1802年),平武縣設主簿署於大印,管轄縣南平通河流域。