今五原县地区，战国时属赵国云中郡九原县的西部地（有记载：公元前302年“赵武灵王命吏大夫奴迁于九原”，实行移民屯垦）。秦朝属九原郡临河县（治所在今临河县北境）辖地。西汉置广牧县（中部都尉驻所，治所在今五原县锦旗乡与乌拉特前旗金星乡之间的西土城古城址），辖今五原县地区，隶属朔方郡。西汉元朔二年（公元前127年），将九原郡更名五原郡，治所在九原（今包头市西），辖有今五原县地区。西汉末边郡并废，为南匈奴牧地。东汉光武中兴，恢复汉置边郡，今县境属朔方郡沃野县（治所在今临河县西南）辖地，隶属并州。（有资料记载，今县丰裕乡西北“五份桥东侧古城”遗迹清晰，城内曾出土盔甲、五铢钱、钱瓦等，可能是汉代一座县城。这留待以后考证）。