在三国时期，武陵地区郡县设置因为自然、人文变故而作较大调整。吴景帝永安六年（263年），充县嵩梁山裂，岩壁形成“天门洞”。吴国皇帝孙休得到武陵太守钟离牧禀报以后，认为是吉祥征兆，遂把嵩梁山改名为“天门山”，分武陵郡西北部置天门郡，析零阳县和充县部分地置溇中县（辖今慈利县西北部，县治设在三官台，在今慈利县三官寺土家族乡株木村）。天门郡辖零阳县、充县和溇中县，为今张家界市所辖区（县）。据北魏郦道元著的《水经注·澧水》记载：“武陵郡嵩梁山，高峰孤耸，素壁千寻，望之苕葶，有似香炉。吴永安六年，其山洞开，玄朗如门。高三百丈，广二百丈。门角各生一竹，倒垂下拂，谓之天帚。孙休以为嘉祥，分武陵（郡），置天门郡。”天门山下、澧水北岸既为天门郡郡治，又为充县县治（在今张家界市城区古城堤）。据北魏郦道元所撰《水经注》记载：“澧水出武陵（郡）充县西历山，东过其（充）县南。”

在两晋时期，天门郡所辖县包括现今张家界市所辖区（县）。西晋初年（280年），晋武帝司马炎统一全国以后，武陵地区“巴人后裔”（即土家先民）归附晋朝。西晋太康四年（283年），改充县为临澧县（含今永定区、武陵源区和桑植县地），县治仍然设在古城堤；析零阳县新置澧阳县（含今常德市所辖石门县、临澧县和澧县等地，县治在今石门县渫水汇澧之处）。北魏郦道元在《水经注》中说：“充县废省，临澧（县）即其地，临澧县治即充县之故治。侧临澧水，故为县名，晋太康四年置。”清代《同治直隶澧州志•古城邑》亦载：“临澧城，晋析充县地置，在永定县城。”天门郡时辖零阳县、溇中县、临澧县、澧阳县4个县。西晋太康四年（283年），天门郡郡治迁往澧阳县（在今石门县城）。东晋时期，天门郡所辖县与西晋时期天门郡所辖县相同，仍属荆州之域。

南北朝时期宋、齐、梁、陈各个朝代，武陵地区州、郡废立无常。南朝宋时，天门郡所辖县仍为晋代故县。宋明帝泰始三年（467年），武陵郡、天门郡仍属荆州。南朝齐时，天门郡所辖县沿袭宋制，天门郡治又迁往零阳县（在今慈利县城）。南朝梁代末年，皇族萧察投靠北朝西魏，天门郡为西魏控制。西魏恭帝二年（555年），朝廷改天门郡为石门郡（郡治在今石门县城），改澧阳县为石门县（含今常德市石门县、临澧县澧县和津市等地）。南朝陈代前期，石门郡隶属陈朝，辖石门县、零阳县、临澧县、溇中县。北周武帝建德四年（575年），废除临澧县、溇中县，因其境内有崇山而置崇义县（含今永定区、武陵源区和桑植县地）。又新置“北衡州”，其州治、县治均设在崇义县充城（在今张家界市城区古城堤），北衡州时辖崇义县、零阳县、石门县。北周武帝视天门山为“南岳”，率领百官登上天门山祭祀天地，故取名“北衡州”。