泰始元年（265），三国中的曹魏政权为权臣司马炎所代，定都长安，建立晋朝，史称西晋，司马炎即晋武帝。在此前后，孙权之孙孙亮主政下的吴国，政治极为腐败，国势日衰。晋咸宁五年（279）十一月，西晋分兵七路，发起了灭吴的战争，孙吴腐朽之兵不堪一击。次年（280）二月，镇南将军杜预攻克重镇江陵，王浚占领长沙郡北部的巴丘。随后，杜预坐镇荆州，分兵南下，传檄荆南各郡，“于是沅湘以南，接于交、广州郡皆望风送印绶”，晋军“凡所斩获吴督、监军十四，牙门郡守百二十余人”。长沙不战而降，孙吴在长沙的统治结束。与此同时，吴国都城建业亦被攻陷，末代吴帝孙皓投降。在经历了三国时期的分裂局面后，中国历史重新回到大一统时代。

晋武帝司马炎建立晋朝后，又沿袭汉代的郡国并行制。

地方行政仍实行州、郡、县三级制，长沙郡归晋后仍隶属荆州，以临湘为治所，下辖临湘、浏阳、巴陵（280年分罗县置，今岳阳、临湘市地）、罗、吴昌、醴陵、建宁、攸、下隽、蒲圻等10县；新阳县改名新康县，县治迁到今宁乡县治以西10里的冷水铺及万寿山市一带。元康九年（299），晋惠帝分巴陵、下隽、蒲圻等县设立建昌郡，长沙郡辖地又一度减少。

同时，司马炎认为曹魏之所以轻易被司马懿夺取政权，是因为魏文帝没有分封宗族，为防止异姓夺取政权，他分封了27个同姓王，“以郡为国”。长沙归晋后，晋武帝于太康十年（289）封其第六子司马乂为长沙王。从此直到后来的东晋、南朝，历代封建王朝都曾以长沙为封国（邑），以其子弟或勋臣封为长沙王或公、侯爵位，但都“不之国，官于京师”或其他州郡，仅享受长沙租税而已。司马乂（276-303），字士度，《晋书·长沙王乂传》称其“孺慕过礼”“开朗果断，才力绝人，虚心下士，甚有名誉”。太熙元年（290），晋武帝病死。次年开始，晋统治阶级内部开始发生一连串政治残杀和战争，历时16年（291-306）之久，史称“八王之乱”。长沙王司马乂也参与其中，《晋起居注》称“成都王讨长沙王，使陆机都督三十七万众围洛阳四匝，夜鼓噪，京师屋瓦皆裂”，囚后被烈火烤死。

西晋后期，由于北方各族势力的侵逼，西晋统治重心逐渐南移，荆湘地区更为重要。永嘉元年（307），晋怀帝司马炽遂分荆州的长沙、建昌、湘东、衡阳、邵陵、营阳、桂阳、零陵等8郡，另立湘州，也以临湘（今长沙）为治所。湘州的设立，是古代长沙乃至湖南政治军事上的一件大事。她北有洞庭重湖，与天下重镇荆州隔江相望，扼控长江上游；南倚五岭，关系交、广两州的安全，地位十分重要。长沙从此又恢复了在这一广阔地区的政治军事中心的地位。此后，由于全国政治军事形势的不断变化，湘州的建置曾几度废弃，但在大多时期内依然存在，并在全国政治军事事务中发挥着举足轻重的作用。

据《水经注》载，湘州设立后，即以原临湘故城为州城，作为湘州刺史的驻节之地，而长沙郡治则移至州城南，约在今樊西巷南至下黎家坡以北地段；临湘县治即由故城内迁出，约在今清泰街南一带。作为湖湘重镇，八郡之首，当时的湘州城，城头旌旗飞扬，钲鼓齐鸣，湘江的宽阔江面上战舰云集；城外戍所密布，戈矛林立，陆路要道设有关隘，河流交汇之处筑有戍城，如石槨口、三石戍（今三叉矶一带）、浏口戍、沩口戍、锡口戍等等，确有一番雄伟的气象。

西晋时期，曾在晋武帝太康年间有过一段短暂的繁荣，但自晋惠帝时开始，整个社会就陷入到长期的战乱、灾害和饥荒之中。广大的北方和中原地区，赤地千里，数以百万计的农民流亡到西南和南方，又遭到西晋政府的残酷迫害。于是，走投无路的流民被迫举行反抗。304年，李特领导巴蜀流民在益州起兵反晋。此后，荆州地区也发生了张昌、王如等为首的流民暴动。在荆、巴地区人民反晋风云的影响下，杜弢在湘州重镇长沙起兵反晋。

杜弢[A1] ，字景文，益州成都人，自少以才学著称，曾被举为秀才。益州李特起起兵反晋后，他避乱流入湖南，居于南平，因太守应詹的器重，被荐为长沙郡的醴陵县令。巴蜀地区自李特起兵后，战乱不已，人民四处逃亡。当时，有汝班、蹇抚等数万家10余万人流入湖湘地区。流民到湘州后，生活无着，又遭当地豪强欺凌，“蔑之如遗”，“备尝茶毒”，境遇十分悲惨。湘州参军冯素因与汝班不和，诬告流民欲反，而刺史荀眺信以为然，“欲尽诛流人”，因而激起湘州流民的强烈反抗。晋怀帝永嘉五年（311），汝班、蹇抚等率众起事，“四五万家一时俱反”。这时，杜弢正在湘中，由于他平时颇有声望，又同情流民的遭遇，遂被举为首领。于是，杜弢“自称梁、益二州牧，平难将军，湘州刺史”，公开举起了反晋暴政的旗帜。

杜弢起兵后，首先“攻破郡县”，攻打湘州。刺史荀眺弃城而出，企图逃往广州，被义军追擒。后晋安成太守郭察代理湘州军政事务，领兵攻打义军。杜弢奋起反击，斩杀郭察，一举占领湘州。西晋统治者急忙调兵遣将，前来镇压，始兴太守严佐领军北上，成都内史王机带兵南下，都被义军迎头击败。前始兴太守长沙土豪尹虞率领部曲家丁前来攻打，全部被歼。杜弢又纵兵四出，南破零、桂，东击武昌，长沙太守郭敷、邵陵太守郑融、衡阳内史膝育等均兵败被杀。义军席卷湖南全境，声势大震。

次年，西晋王朝派都督王敦率名将陶侃、周访、甘卓等军合计水陆10万，共击杜弢。杜弢率义军不畏强敌，顽强抵抗，“前后数十战”，并击毙陶侃之侄陶舆。但终因寡不敌众，“将士多死”，乃请降于晋丞相司马睿。司马睿不许，弢又遗书南平太守应詹，司马睿乃命前南海太守王运受弢降，赦免其罪，并授杜弢其为巴东监军。

杜弢降晋以后，所部退回湘州，但西晋诸将领为邀功请赏，对杜弢所部仍攻击不已。杜弢“不胜愤怒”，遂于建兴三年（315）二月，杀死王运，再次举义。随后，杜弢派杜弘、张彦东击豫章，派王真率精兵三千，“径向武昌”，均先后败于晋军。王真所部返回湘州，固守长沙。

同年八月，陶佩、周访率晋军主力分别从北、东两路进逼长沙，与杜弢决战。这时，义军内部已有离散之心，杜弢又疑杀将领张突，“众情益惧，降者滋多”。杜弢命王真出城挑战，陶佩侃在阵前煽动诱惑。史籍记载：开始，王真“横脚马上，侃言讫”，遂“敛容下脚，辞色甚顺”。陶知其动摇，“复令喻之，截发为信”。1于是王真率部投降。陶侃趁势发起进攻，杜弢突围而走，投水自尽。陶侃攻占长沙，杜弢部将毛宝、高宝、梁堪被俘，“湘州悉平”。至此，历时近5年的长沙杜弢反晋斗争最后失败。

杜弢反晋失败以后，西晋王朝迅速地走上了死亡之路。晋愍帝建兴四年（316），北方匈奴贵族刘渊率军攻陷长安，灭亡西晋。从此，西晋短暂的统一结束，全国又陷于分裂和混战之中。