公元220年，曹操去世，其子曹丕繼任魏王。同年，曹丕逼迫漢獻帝禪讓於自己，代漢稱帝， 是為魏文帝，定國號為“魏”，史稱“曹魏”。221年，魏文帝曹丕命陳群制定“九品中正制”選官制度。同年，曹丕派徐晃大破劉備義子劉封，收復上庸三郡。222年，孫權襲殺關羽，怕劉備報復，向曹丕稱臣。同年，孫權在夷陵擊敗劉備，解除蜀漢的威脅後，反叛曹魏。曹丕聞之大怒，親自率軍伐吳，疫疾受阻，加上孫權又派使者求和，於是雙方言和，曹丕退兵。223年，曹丕派曹真督軍大破羌胡聯軍，平定河西，派使者復通西域，並設置“西域長史府”。自此，又恢復了中原王朝在西域的統治。226年，魏文帝曹丕病逝，終年40歲，在位7年。

同年，長子曹叡即位，是為魏明帝。227年，在諸葛亮的引誘下新城太守孟達叛魏歸蜀。次年，司馬懿攻破新城，孟達被殺。228年，諸葛亮開始第一次北伐曹魏，攻佔了天水，南安，安定三郡。239年，魏明帝曹叡病逝，終年33歲，在位12年。魏明帝時期，在軍事政治，文化都很有成就。同年，因為魏明帝的兒子全部夭折，便由年僅8歲的養子曹芳即位，是為魏少帝，由司馬懿和曹爽輔政。247年，大將軍曹爽軟禁郭太后，自此，曹爽開始專權，並逐漸將司馬懿架空，讓司馬懿不能參加政事 。於是司馬懿稱病迴避曹爽，以待良機。249年，曹芳與曹爽三兄弟去高平陵祭拜魏明帝。司馬懿隨即在京都發動“高平陵政變”控制洛陽，逼迫曹爽投降。不久，曹爽被司馬懿誅三族，從此，曹魏大權落入司馬懿之手。

251年，司馬懿病逝，終年43歲，其子司馬師掌握朝政大權。225年 ，吳大帝孫權病逝，司馬師便派三路大軍攻伐東吳 ，但被吳國太傅諸葛恪擊敗。253年，諸葛恪派20萬大軍包圍合肥新城，司馬師派文欽，毋丘儉等將大敗吳軍。254年，魏少帝與李豐等人密謀發動政變，欲廢除司馬師，計劃失敗，李豐等人被司馬師誅殺。同年，司馬師將在位15年的魏少帝廢黜，改立曹丕之孫曹髦為帝。255年，揚州刺史文欽等人，不滿司馬師廢除魏少帝，因而反叛。司馬師親率十萬大軍將其擊敗，單文欽投降孫吳。同年，司馬師病逝，終年48歲，由於無嗣，便將政權移交給弟弟司馬昭。

257年，曹魏大將諸葛誕發動叛亂，並向孫吳稱臣。同年，司馬昭督軍26萬征討，諸葛誕兵敗被殺。至此，支持曹魏皇室的武裝力量被基本消滅。260年 ，魏帝曹髦因為不滿司馬昭專權，親自討伐司馬昭，卻被成濟弒殺，年僅19歲，在位6年。 同年，司馬昭立曹奐為帝，是為魏元帝。263年，司馬昭派鄧艾等人率軍三路攻蜀，同年，鄧艾率先進入成都，蜀漢自此滅亡。264年，魏元帝封司馬昭為晉王，加“九錫之禮”。265年，司馬昭病逝，終年55歲，由其子司馬炎即任晉王。266年，司馬炎逼迫魏元帝禪讓，篡魏稱帝 ，改國號為“晉”，至此，享國46年，傳5帝的曹魏政權滅亡。