元至顺元年（1330）时，今鄂尔多斯北部、东北部（今准格尔旗、达拉特旗、东胜区）地区属中书省山西道宣慰司大同路东胜州辖地；中南部（今乌审旗、伊金霍洛旗南部，鄂托克前旗和鄂托克旗大部）属陕西行省延安路辖地；西部和西北部（今杭锦旗和鄂托克旗西部）属甘肃行省宁夏府路。

元至大三年（1310），设宣慰使司都元帅府。明正统十四年（1449），今鄂尔多斯东北部的准格尔旗和达拉特旗部分地区属东胜卫，其余地区属陕西管辖。明天顺六年（1462），蒙古首领毛里孩等部入驻此地。明正德年间，达延汗统一蒙古各部后，分封其三子巴尔斯博罗特为济农领该部，统帅右翼三万户。

鄂尔多斯万户衮必里克墨尔根袭济农，自称车臣可汗，其九子分领辖境“十二鄂托克”。明万历十年（1582）时，今鄂尔多斯地区，史籍中称“袄儿都司”。明崇祯元年（1628），察哈尔林丹汗进入鄂尔多斯地区。明崇祯七年（1634），林丹汗失败后，该部归附后金。