同光元年（公元923年），后唐滅后梁，都洛陽，以長安為西都、太原為北都，降開封府為汴州。天福元年（公元936年），后晉滅后唐，以洛陽為都。兩年后，遷都汴州，稱東京，升汴州為東京開封府，以洛陽為西京。其后，后漢、后周相繼建立，均以東京開封府為都城，以西京河南府（治洛陽）為陪都。
后周顯德七年(公元960年)，趙匡胤建立北宋王朝。以開封為都城，稱東京；洛陽為陪都，仍稱西京。東西二京為當時全國兩大都會。趙匡胤是在洛陽出生和長大的，他曾擬遷都洛陽，并修洛陽宮室以作準備，又將皇家陵園選在洛陽下轄的鞏縣和洛陽西郊的谷水。北宋時不少大臣如范仲淹等也都有“太平宜居汴，即有事必居洛陽”的主張。而北宋開封皇城及其宮殿都是按洛陽圖式修建的，排列規整，左右對稱。
金朝滅北宋后，南宋以臨安為行都，在法律上仍以東京開封為都城，以西京洛陽為陪都。貞祐二年(公元1214年)金宣宗遷都開封府，興定元年(公元1217年)，升洛陽為中京，設金昌府，當時修建的中京城，即今洛陽老城。后來蒙古和南宋聯合滅金，曾一度收復開封和洛陽。在蒙古和金的戰爭中，開封和洛陽遭到嚴重破壞，兩個城市同時衰落，從此失去全國中心城市的地位。
從五代到金亡的三百多年中，洛陽基本上是開封的陪都，是政治、經濟的副中心，文化的中心?！疤煜旅麍@重洛陽”，“洛陽牡丹甲天下”。洛陽有許多宏大的酒樓食店，經營高檔宴席。與酒樓的發展相對應，洛陽釀酒業發達。
宋代國子監（國家教育管理機關）設判監事二人，一在東京開封，一在西京洛陽，是當時全國二位最高的教育行政官員。并在洛陽設國子學（最高學府）。西京多世家大族，許多政界、文化界的要人、名人都曾在洛陽生活、置宅建園，或著書立說。如趙普曾任西京留守（軍政長官）、歐陽修任西京留守推官；富弼有富鄭公園、邵雍有叢春園、李格非有仁豐園、司馬光有獨樂園；邵雍、程顥、程頤在這里創立理學，司馬光完成《資治通鑒》，歐陽修撰《洛陽牡丹記》，李格非撰《洛陽名園記》等。
開封為京師，但是其皇宮用品不少由洛陽供給。例如京西路、河南府（均治洛陽）都是北宋瓷器的重要生產地，故《元豐九域志》曾說西京洛陽瓷器為貢品。洛陽花多，產蜜、蠟亦多，故《宋史》有洛陽“貢蜜、蠟”的記載。洛陽又是金融中心之一，西京伊陽(治今嵩縣古城村)設有銀場，西京河清縣（治今孟津縣白鶴村）設有阜財監，專門鑄造銅錢。
五代北宋時，洛陽、開封間的驛道是最繁忙的官道，驛路上有眾多的酒店，皇帝常來往于兩京間。洛陽牡丹盛開時，西京留守令人采摘置竹籠內，用驛馬送往開封，“一日一夕至京師”，史稱“置驛貢花”。
金朝末年，元好問、李汾、劉昂霄等金朝最著名的一批詩人都曾居住在宜陽三鄉。元好問《緱山置酒》云：“西望洛陽城，大路通平津。行人細如蟻，擾擾爭紅塵?！薄洱堥T雜詩二首》云：“遙遙洛陽城，梅花千樹春?！倍急憩F了對繁華洛陽的留戀。
