南凉

秃发乌孤是河西鲜卑一支的首领，一度归附后凉。397年（晋隆安元年），乌孤自称大单于、西平王，攻占金城等地，史称南凉。399年迁都乐都（今青海乐都县），据有今青海东部。同年又迁至西平（今青海西宁市），402年（晋元兴元年）迁回乐都。406年（晋义熙二年）从北凉夺得姑臧，疆域扩大至河西走廊东段。410年败于北凉，退出河西走廊。414年灭于西秦。

北凉

397年，河西卢水胡首领沮渠蒙逊起兵，拥后凉建康（治今甘肃高台县南）太守段业为建康公，史称北凉。401年，蒙逊杀段业，自称张掖公，建都张掖，据有河西走廊中部张掖一带。410年占有河西走廊东段，412年迁都姑臧。420年（宋永初元年）击败西凉，进占酒泉；次年攻占敦煌，灭西凉。至此，疆域达到极盛，与后凉盛时相当。439年（宋元嘉十六年，北魏太延五年）灭于北魏，但北凉残余势力继续在酒泉抵抗，战败后又占有鄯善、高昌（今新疆吐鲁番市东部一带），直到460年（北魏和平元年）才被柔然吞并。

西凉

400年（晋隆安四年），段业以李敦为敦煌太守，不久李敦称凉公，建都敦煌（今甘肃敦煌市西），史称西凉。西凉据有河西走廊酒泉以西及西域，405年（晋义熙元年）迁都酒泉。420年，西凉主李歆东伐北凉，兵败后死，酒泉失守。421年，北凉破敦煌，西凉亡。

夏

匈奴铁弗部首领刘勃勃曾为后秦姚兴部将，驻守河套。407年（晋义熙三年）据有大城（今内蒙古杭锦旗东南），自称大夏天王，史称夏。勃勃后改姓赫连。夏占有河套至陇东和陕北，并不断进攻渭北，威胁后秦。413年建统万城（今陕西靖边县北白城子）为都。418年，赫连勃勃进攻关中，晋军败退，夏以长安为南台（陪都）。至此，夏的疆域扩大到关中。426年（宋元嘉三年，北魏始光三年），北魏围统万，夺取长安；次年攻下统万。夏的残余势力在关中和陇东与北魏争夺，431年还乘机灭了西秦，但终于无力对抗，夏主赫连定西迁河西，途中被吐谷浑袭俘，夏亡。

在此期间的割据政权并不止这16个，例如氐族首领杨氏曾占有仇池一带（今甘肃西和、徽县、文县间地），丁零首领翟氏曾以滑台、黎阳（今河南浚县东北）为据点称魏王，北魏的前身代政权也早在西晋末就已存在，但传统上都未列入十六国。