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王莽改五原为获降。东汉建武五年（29年），卢芳“自称天子于九原”，建都九原县，占据五原、朔方、云中、定襄、雁门五郡。建武十一年（35年），罢朔方刺史部，五原、朔方等郡遂属幷州。建武十二年，九原守将随昱降汉，卢芳亡入匈奴。建武二十年（44年），“省五原郡，徙其吏人置河东”。二十六年（50年），南匈奴内附，郡民迁回五原郡本土。明帝永平中，五原屡遭北匈奴入寇。顺帝永和初年，五原郡领十县：九原、五原、临沃、文国、河阴、武都、宜梁、曼柏、成宜、西安阳，有4667户，22957人。汉书地理志所载之固陵、蒱泽、南舆、稒阳、莫（黑旦）、河目六县当于东汉前期省并。永和五年（140年）九月，南匈奴句龙吾斯、车纽叛乱，乃侨置朔方郡于五原郡五原县。献帝建安二十年（215年）春，因胡羌侵扰，曹操“省云中、定襄、五原、朔方郡”，割太原郡北部置新兴郡。五原郡人口被安置于太原郡阳曲县故地，即新兴郡九原县（在今山西忻州）。