元、明、清时期：
元代：黑龙江上源的大兴安岭地区是蒙古族始祖肇兴地之一。公元13世纪，“一代天骄”的成吉思汗及其子孙领导蒙古族大联盟，全力进攻金朝女真人。最终灭了金朝，灭了宋朝，统一了中国。以蒙兀室韦为基干的蒙古族，缔造了我国历史上第四个由北方少数民族贵族阶级统治中原的封建政权——元朝，威名远扬的蒙古大帝国开拓出我国历史上最大疆域的新时代。
元朝实行行省制，大兴安岭地区曾为辽阳行省开元路管辖。在元朝末期，这里是成吉思汗的弟弟哈萨家族世袭封地。为了管理边防，保卫边疆，增设了许多卫、所机构，在呼玛县的察哈彦设立了出万山卫，在雅克萨东北的卜鲁河流域（现俄境内）设立了卜鲁丹卫。明朝基本承袭了元代建制。
元代滞留在大兴安岭上的室韦人契丹族后裔，大部分融入蒙古族，加入到蒙古军队中，南迁中原地区和西征欧亚大陆各地。而仍散居在大兴安岭地区的各个民族被元朝统称为“林中百姓”。
明代：至明末清初，大兴安岭一带诸族被统称为索伦部。明代，属奴儿干指挥都司管辖。在黑龙江中上游地区形成了索伦部联盟体。索伦各部是时无明确族称，居地之名多以姓氏而称，为明王朝所不知。明廷初称“北山野人”，后称“林中百姓”，明末始称“索伦部”，明朝在索伦地区先后设置了二十几个卫、所。大兴安岭地区的索伦部主要以鄂伦春族、达斡尔族、鄂温克族等族为主体。
清代：16世纪中叶，正当索伦人利用元明古站驿路，频繁南进西出进行互市贸易，发展农牧、猎、渔、手工业等多种经济，建设美丽家园之时。以爱新觉罗氏努尔哈赤及其子孙为首的女真人，再度崛起并缔造了中国历史第五个由北方少数民族贵阶级统治并一统中国的封建政权——清朝。
清初，在黑龙江上游居住着许多少数民族，清王朝用“索伦”来统称这个地区的少数民族。满清统治者为扫除南进中原的后顾之忧，一面攻打明朝，消除其统治势力，一面招抚与北伐索伦和蒙古各部。以巴尔达奇为首，以达斡尔族为主体的东部索伦人，首先臣服满清帝国。博木博果尔领导的，以鄂温克和鄂伦春族为主体的西部索伦人，“先臣后叛”又受“与蒙古(部)联动反清”之嫌，遭受清军大规模“三征黑龙江”的灭顶之灾。战火在黑水深山里燃烧了三年半，清军损兵折将15000余人。西部索伦人战亡10000余人，残部20000余口被清朝南迁。清王朝非常注重利用索伦各族“精骑善射”的军事作用，康熙至光绪年间曾调用索伦籍兵参加征战达70余次，几乎毁灭了鄂伦春民族。在满清王朝统治下的封建等级社会中，大兴安岭地区的索伦部成为了阶级统治和民族统治的工具。无数的血肉之躯昭示着古代大兴安岭地区的沧桑历史。
1645年（清顺治二年），为盛京驻防内大臣（1646年改称昂邦章京）管辖。 1653年（清顺治十年），由镇守宁古塔昂邦章京管辖。 1662年（康熙元年），由宁古塔副都统衙门管辖。 1683年（康熙二十二年），由瑗珲副都统管辖。康熙统治时期还曾御旨开辟嫩江到漠河的驿路，其间大兴安岭地区设驿站32处。至今大兴安岭地区的许多地名，仍直接以古驿站作为其称谓。1689年（康熙二十八年），大兴安岭地区的达斡尔、鄂温克和鄂伦春等族由布特哈总管衙门管理。1731年（雍正九年），布特哈总管总理大兴安岭各族八旗事务，隶属黑龙江将军。1871年（同治十年），清廷将大兴安岭鄂伦春族人按驻地分为五路编为佐。1882年（光绪八年），由黑龙江将军兴安城总管管理鄂伦春五路。1884年（光绪十年），布特哈衙门改制为布特哈副都统，总领鄂伦春五路和索伦部。 1906年（光绪三十二年），清廷撤裁布特哈副都统，以嫩江为界分设东、西布特哈总管衙门。大兴安岭地区划归为西布特哈总管衙门管辖。 1908年（光绪三十四年），岭南为黑龙江行省（简称黑龙江省）呼伦兵备道呼伦直隶厅管辖，岭北为瑗珲兵备道瑗珲直隶厅管辖。 1909年（宣统元年），今漠河县为珠尔干河总卡伦和漠河总卡伦管辖，今塔河县、呼玛县为呼玛尔总卡伦管辖。