金中叶以后，女真上层社会争权夺利，滋长了奢侈腐朽、不求进取的倾向，逐渐导致社 会矛盾的激化，走上了衰落的道路。而在这过程中，北方高原上蒙古民族迅速崛起。
　　　　蒙古源于东胡族系的室韦诸部之一。《日唐书·室韦传》称为蒙兀室韦，原居住在额尔 古纳河、望建河（今黑龙江）右岸及大兴安岭北部的山林中。相传于10世纪初西迁，定居于 今呼伦湖以北、斡难河（今鄂嫩河）上游一带，并完成了狩猎人向游牧民的过渡。辽时，与 草原上诸部族一样，受辽人的羁属。金伐辽后，在向南方伐宋的同时，对北方采取守势，遂 为草原诸部的发展提供了机会。金廷曾在泰州与临潢府交界处，“设边堡七十，驻兵万三千 ”，并于1194年，1196年和1198年3次出兵北攻，给了今呼伦贝尔草原一带的塔塔儿、弘吉刺 、合答斤诸部以沉重打击，然而客观上也为蒙古部的兴起扫清了障碍。
　　　　铁木真一家世为蒙兀室韦孛儿只斤氏族的首领，乃父也速该被塔塔儿部毒死后，部众离 散，家族衰落，少年时期的铁木真陷入了绝境。但战争的环境和颠沛流离的生活也锤炼了铁 木真坚毅的性格和勇敢才智，使他逐步地聚集了力量，并于1189年被推为本部的“合罕”。 铁木真又与草原上强大的克烈部王罕、札答兰部札木合建立联盟，打败蔑儿乞部、泰赤乌部 ，壮大了自己的力量。其后虽遭到札答兰部札木合的反对，曾纠集13个部落、3万人来攻，铁 木真却能够从容应战，并乘敌内乱而击退之。于是，势力更加强大。至1196年又因助讨塔塔 尔人有功，被金廷授以札兀惕忽里（部族官），并开始控制了呼伦贝尔草原部分地方。1201 年，与札木合战于海刺河（今海拉尔河）之野并大败之。1203年，又攻灭克烈部，打败王罕 ，终于完成了统一草原的大业。1206年，蒙古诸部首领在斡难河召开“库里尔台”（部落联 盟大会），推选铁木真为蒙古大汗，即成吉思汗（意为大海）。
　　　　蒙古汗国建立以后，成吉思汗开始了他的对外扩张的战争。从1211年起开始南下攻金。 当时金朝已经走向衰落，刚刚即位不久的卫绍王是个不孚众望、懦弱无能之人，根本组织不 起有效的抵抗。蒙古军在浍河堡（今河北怀安东）一战，大败金兵10万余众。1212年，蒙古 军按陈那颜率军东讨女真，越过大兴安岭，在岭东一带，与叛金的“北边千户”契丹人耶律 留哥相遇。留哥曾在隆安、韩州（今吉林梨树县偏脸城）起事，聚众10余万，至是决定投靠 蒙古。
　　　　1214年，成吉思汗实行分封时，将土地、百姓分封给子弟、亲戚和功臣。其大弟拙赤合 撒儿封地在额尔古纳河、达赉湖和海刺尔河一带，二弟合赤温之子按赤台封地在乌尔逊河和 哈拉哈河，东至大兴安岭；三弟帖木哥斡赤斤的封地在呼伦贝尔盟和大兴安岭东西之地及嫩 江、松花江一带；别里古台封地在按赤台封地以北，西近成吉思汗大帐。黑龙江地区西部大 部属于成吉思汗幼弟的封地。
　　　　1115年，金的辽东宣抚使蒲鲜万奴叛金自立，率军攻占咸平、沈、澄诸州，自称天王， 国号大真，或称东真，史称东夏政权。同年秋冬之交，向东海转移，逐渐占有速频和胡里改 路，并依附于蒙古。其后不久，当蒙古向高丽用兵时，曾派两万人助战。但1223年，东夏杀 监军耶律捏儿哥，同蒙古绝交。1233年，蒙古派大军攻灭之，蒲鲜万奴被擒，“东土悉平” 。
　　　　当时黑龙江地区全境皆为蒙古所直接控制，初于建州故城（今俄境乌苏里斯克）之北设 开元路以管理东夏故地。至1235年改置开元、南京两万户府。1243年又恢复了路的建置。12 61年置开元等路宣抚司。1267年改称辽东路总管府。在今宝清县出土的“塔察国王发”、“ 甲寅年六月日造”的“管民千户之印”，证明最晚在1254年以后，今三江平原一带已成为斡 赤斤的封地，并设置了若干“管民千户”以治其民。接着，蒙古势力继续向黑龙江下游一带 推进，直到1286年才最后完成对包括今库页岛在内的黑龙江下游地区的经略。
　　　　元朝初年，今黑龙江地区作为封地而为斡赤斤之后各王所控制。由于势力强大，早有轻 朝廷之，心，王位传至年青的乃颜后，尤为“躁妄”，生“有异志”。元世祖决定“削藩” ，于1286年二月置东京等处行中书省，直接管辖包括黑龙江地区在内的东北地方。结果，东 北诸王“多不自安”，终于导致了1287年爆发的乃颜、哈丹之乱。元世祖忽必烈御驾亲征， 打败乃颜，并于1287年设置辽阳等处行中书省，将乃颜封地中的很大部分纳入直辖范围。除 在辽阳行省之下先后分置开元路及水达达路外，还在2路之下设置了胡里改、斡朵邻、桃温、 脱斡邻、孛苦江等5个军民万户府，分领混同江南北之地。又在奴儿干地方建有东征元帅府， 镇守黑龙江下游和库页岛一带；在嫩江以西地方则建置了泰宁路，隶属于岭北行省。行省、 路、府分别是一、二、三级地方政权机构，主官均由蒙古人担任。
　　　　初人黑龙江地区的蒙古统治者轻农重牧，所到之处造成农业破坏，大量农田毁为牧场。 乃颜、哈丹之乱也导致了“民废耕作”、“连岁饥荒”，使当地的社会经济进一步陷入低谷 ，人口急剧减少，不到百万左右。故元廷在平乱后采取了赈灾、减赋、劝农及实民等一系列 措施，并且“诏给蒙古人内附者及开元、南京、水达达等三万人以牛畜、田器”，从而为经 济恢复提供了条件。后又在肇州、蒲与路等地置屯田万户府，在黑龙江下游设屯田机构，呼 伦贝尔草原也出现了农田，都使农业生产有了一定的恢复。人口也有相应增加，如泰宁路所 属的泰宁县即达5000户之多，水达达路的钱粮户逾2万。畜牧业也有新的发展，松嫩平原出现 了许多新的牧场。手工业中以造船恢复最快，女真、水达达曾为元军造船达200多艘，甚至造 出坚固灵便的迎风船，供远征日本之用。开元路盛产黄金，吉里迷（黑龙江下游）地以采炼 水银和硃砂而著称。生产发展，流通领域也逐渐活跃起来，金锭、银锭及“宝钞”（纸币） 得到广泛应用，涌现了一批新的城镇，如乃颜城、上京城及泰宁城等。一些水陆码头出现了 “集”市之类的定期交易场所。还在旧驿路基础上建设了一批新的驿路和站赤，其中最著名 者有北路、东路、西路、东南路、中路等等。从总体来看，较金代经济水平有较大下降，人 口也大量减少，但在局部地方如黑龙江口一带及泰宁县等地有了一定的发展。
　　　　元代末年，由于元廷横征暴敛和民族歧视与压迫，引发了全国性农民大起义。1330年、 1331年和1337年至1340年，开元路、水达达等地连续水旱灾荒，灾民本已困苦不堪，又遭捕 捉海东青的骚扰，于是导致1348年的“吾者野人和水达达皆叛”。为镇压持续10年的“叛乱 ”，元廷曾调集大量兵马，到处镇压，又造成新的破坏。1368年明军攻占大都，元朝统治虽 被推翻，但其残余势力仍在黑龙江各地称雄割据，既阻碍全国的统一，又给当地各族人民带 来新的灾难。故元末明初之交黑龙江地区社会经济已跌入了渤海辽金以来的低谷。
　　　　明朝建立后，为肃清故元残余势力，不断派军攻伐“北元”，先后进军至胪朐河（即克 鲁伦河）、阔连海（今呼伦湖）等地。同时派出军队向东北中部的纳哈出势力进攻，迫使后 者于1387年投降，并于1395年进军忽剌温江（今呼兰河），攻击与故元残余势力密切的女真 西阳哈部，曾追至甫答迷旧城（今宾县西北45里处松花江边的鸟河古城）；次年又进军至兀 良哈秃城（今洮儿河流域）。并陆续派人招抚女真诸部。直至1396年才使黑龙江全境归属明 朝，完成了对本地区的经略。
　　　　为了管辖和控制这一广大地区，明朝逐渐在女真和兀良哈范围内，设置了一系列的卫所 。到1409年（永乐七年）已设置100多个，分别以归附的诸部酋长为都督、都指挥、千百户、 镇抚等官，“俾仍旧俗，各统所属，以时朝贡”。明成祖1409年闰四月设置奴儿干都指挥使 司，以作为管辖东北地区的最高军政机构，它相当于省一级的建制，直隶于中央管理，同时 接受辽东太监、总兵官和巡抚都御史等东北“三大员”的节制。都指挥使司设于元代东征元 帅府故址，即今黑龙江下游亨滚河口对岸的特林地方。都指挥使司官员由朝廷委派，卫所的 主要官员由朝廷任命，由所在的诸部首领充任，而且世代相袭。明廷还派驻军常年戍守，并 规定2年轮换1次。都司的驻军多时达到3000，最少也有500。明廷不时派官员到奴儿干等地进 行巡视和宣抚，其中最有名的就是内官（太监）亦失哈，在永乐、宣德年间曾代表朝廷10次 去奴儿干，为宣抚当地各族军民、加强对黑龙江流域的管辖与控制作出了重要贡献。亦失哈 还曾于1413年（永乐十一年）在奴尔干建永宁寺，并刻有“敕修奴儿干永宁寺碑记”留传至 今，为证实当时黑龙江下游地区为中国领土版图提供了珍贵的物证。
　　　　都司之下，设有卫所。终明之世，在奴儿干都司管辖范围内，即西起斡难河（今鄂嫩河 ）、东北越海至库页岛之间先后设置384卫、24所、地面和站各7、寨1。其中已知在今黑龙江 省境内的卫所不下50多个。卫是次于都指挥使的下一级地方军政机构，全名是卫指挥使司， 下辖若干个千户所，千户所之下又有百户。他们必须执行朝廷政令，听从调遣，戍守边疆， 按时督促缴纳贡赋，及时向上级或朝廷报告地方情况。卫所治下的各族人等则负有纳赋、从 征或戍守的义务。赋税主要采取“土贡”的形式，1年1贡当地的土特产品，并均有一定的期 限而不得违误。总的来看，明代黑龙江地区各族人等的负担较元时减轻，无疑为当地的经济 复苏提供了有利的条件。
　　　　明廷也很重视通往奴儿干等地的水陆交通和驿站的建置，其中最重要的就是“海西东水 陆城站”。这条交通干线的陆路从底失卜站（今双城市石家崴子古城）出发，沿松花江和黑 龙江岸下行，到亨滚河口北岸的终点站——满泾站、共45站；水路则从今吉林市松花江出发 ，顺江而下直抵奴儿干都司，是为明朝经略黑龙江流域的主要交通线，也是当地女真、吉里 迷各族人等朝贡进京的交通要道。
　　　　在明朝的重视和扶植下，都司所在的奴儿干地方得到了进一步的开发。著名的奴儿干城 “周约二三里”，作为都司的中心所在及水陆交通枢纽和物资集散地，曾经相当繁华。直到 清末著名学者曹廷杰考察其遗址时，尚能看到“街道形迹宛然”。在海西东水陆城站这条要 道上，还出现了一批新的城镇，如弗提斤（今富锦市）等6城都是有名的商贸聚落，与奴儿干 、吉里迷等处的买卖交换非常活跃，至1462年明廷仍下令当地人民“买卖者任从，两平交易 ，不许争竞纷扰”。海西女真的许多部落建卫后，因与明廷来往密切及与中原内地和朝鲜的 贸易交换，铁农具源源流入，农耕有了相当的发展。据档案资料显示，1584年2个季度中输往 女真地区的铁铧子即近5000多个。适应当地农、牧各业生产的需要。忽刺温一带还出现了冶 铁，速平江（绥芬河）流域的居民中也掌握了鼓风加温冶铁的技术，几良哈三卫及蒙古族的 农业也在经济生活中占了一定的比重。从永乐年间开始，明廷每年都要向泰宁、福余、朵颜 3卫人提供耕牛、农具、种籽、布帛等生产、生活物资。至于畜牧与渔猎、采集各业也均有不 同程度的恢复。
　　　　明代前期由于对奴儿干一带的经营，使黑龙江地区的社会经济逐渐恢复，并在局部地方 有所发展。但从整体看，其水平远不及渤海辽金时期，以及元代前期至中叶以后。随着明统 治的中衰和都司的徒存虚名，已逐渐失去对黑龙江流域的控制，再加上鞑靼、瓦剌诸部的频 繁侵扰与蚕食，兵连祸结，灾荒频仍，又造成了经济的滑坡和文化的凋零，人口也降到了渤 海辽金以来的最低点，只有六七十万人左右。
　　　　1583年（明万历十一年）努尔哈赤起兵，开始统一女真各部，并逐渐取代了明廷对东北 地区的统治。建州女真（今吉林通化至延吉一带）、海西女真（今辽宁开源以北至松花江中 游一带）、东海女真（今松花江中下游、黑龙江两岸至海一带）诸部也逐渐停止对明廷的朝 贡。1616年，努尔哈赤称“汗”，建国号金，史称后金。1626年，努尔哈赤死，皇太极即位 ，至1636年称帝，改国号大清。这时清朝已基本占有包括黑龙江地区的东北全境。1644年， 清兵入关，明朝历时276年灭亡。