蒙古太祖二十二年（1227），成吉思汗率蒙古军进攻西夏，西夏灭亡。蒙古军占领黄河以北广大地区，今包头市昆都仑区所辖地域为蒙古军管辖。元至元二十五年（1288），改蒙古国初期所设西京路为大同路，直属中书省，下辖五县八州。其中云内州辖有今包头市昆都仑区所辖地域。

明洪武三年（1370）二月，明朝军队攻取东胜州，随后又攻取云内州、丰州。明朝依元代旧制，设东胜州、云内州、丰州，属大同府。今包头市昆都仑区所辖地域属云内州管辖。明洪武四年（1371）九月，明朝在东胜州设东胜卫（治所今呼和浩特市托克托县古城乡古城），隶属大同都卫。东胜卫管辖今黄河以北、阴山以南的土默特平原地区。明永乐元年（1403），明朝设置的东胜诸卫迁至内地，卫城遂废。明正统三年（1438），曾再度复置，不久又废。此后，随着蒙古部落陆续进入今河套及土默特平原地区，明军弃卫城守黄河。河套及土默特平原地区（包括今包头市昆都仑区所辖地域）成为蒙古部落的游牧地。